(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111337521.2 (22)申请日 2021.11.09 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 蒋向华　杜晨鸿　王延荣　魏大盛　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 代理人 张仲波 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 低压涡轮叶/盘转子的叶冠阻尼减振分析方 法 (57)摘要 本发明公开了一种低压涡轮叶/盘转子的叶 冠阻尼减振分析方法， 属于发动机减振结构设计 技术领域。 所述方法包括： 确定转子的工作转速 范围； 建立叶/盘转子模型； 对叶/盘转子模型进 行静力分析； 根据静力分析的结果计算叶冠接触 面法向压强； 开展预应力影响下的模态分析； 绘 制叶/盘转子的Campbell图； 确定需要分析的模 态的阶数及节径数； 基于静力分析计算接触刚 度； 构建基于等效弹簧的叶冠接触线性化叶/盘 转子模型并进行模态分析， 获得所关注的模态信 息； 确定振动应力变化范围； 绘制阻尼比—振动 应力曲线。 本发明可根据数次有限元计算的数 据， 快速计算任意振动应力下的阻尼比， 大大减 少了有限元计算的次数， 增 加计算效率。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 114117849 A 2022.03.01 CN 114117849 A 1.一种低压涡轮叶/盘转子的叶冠阻尼减 振分析方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1： 确定转子的工作转速范围； 步骤2： 建立叶/盘转子模型； 步骤3： 对叶/盘转子模型进行静力分析； 步骤4： 根据静力分析的结果计算叶冠接触面法向压强； 步骤5： 开展预应力影响下的模态分析； 步骤6： 绘制叶/盘转子的Campbel l图； 步骤7： 确定需要分析的模态的阶数及节 径数； 步骤8： 基于静力分析计算接触刚度； 步骤9： 构建基于等效弹簧的叶冠接触线性 化叶/盘转子模型； 步骤10： 使用步骤9的叶/盘转子模型在步骤7所确定的工况下进行模态分析， 获得所关 注的模态信息； 步骤11： 确定振动应力变化范围； 步骤12： 绘制阻尼比—振动应力曲线。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤1中， 选取70％到100％最大工作 转速作为 转子的工作转速范围。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤2中， 叶/盘转子模型为循环对称 的榫头榫槽连接的叶盘结构。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤4中， 叶冠接触面法向压强为叶冠 接触面上 所有节点的法向压强的平均值。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述 步骤6包括： 选定某阶振型； 在工作转速范围内计算该振型m节径振动的转速—频率线和k倍频转速—频率线的交 点； 令m取遍所有的可能值， 即可 得到若干个点， 将这些点连线即得 该振型的Campbel l图； 重复上述 步骤直到所有振型的Campbel l图均已完成绘制。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤8中， 叶冠法向接触 刚度为叶冠两 侧受力时所受的力与 平均相对位移的比值； 叶冠切向接触刚度与叶冠法向接触刚度的比值 为常数。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤9中， 叶/盘转子模型是在步骤2模 型的基础上删除叶冠接触， 并添加步骤4的叶冠接触面法向压强和步骤8的接触刚度得到 。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤10中， 所关注的模态信息包括： 两 叶冠接触面的模态位移、 最大模态振动 动能和最大模态应力。 9.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤12中， 采用宏滑动摩擦模型和能 量法绘制阻尼比—振动应力曲线。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114117849 A 2低压涡轮叶/盘转子的叶冠阻尼 减振分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及发动机减振结构设计技术领域， 特别是指一种低压涡轮叶/盘转子的 叶冠阻尼减 振分析方法。 背景技术 [0002]涡轮叶片作为叶轮机械中的做功部件， 其工作环境具有以下特点： 旋转的叶片受 到复杂的气动力作用， 导致其激励范围广； 离心力作用导致其平均振动应力大； 高温的工作 环境导致材料 的疲劳极限下降。 由于上述原因， 涡轮叶片的振动及疲劳破坏问题是十分突 出的。 [0003]目前， 干摩擦阻尼 是应用最为广泛的涡轮叶片阻尼减振方法。 基于干摩擦的涡轮 叶片阻尼减振方法主要有以下五类： 叶根榫头、 叶冠、 缘板阻尼器、 阻尼线和减振销。 由于低 压涡轮转速低， 离心力相对较小， 常采用叶冠阻尼器。 高压涡轮常采用缘板阻尼器。 [0004]叶冠阻尼器主要有两种： 平行冠(叶冠为平行四边形)和锯齿冠(叶冠为锯齿形)。 其中， 平行冠的结构简单， 但接触正压力受加工及 装配精度影响大， 在 振动中难以保持摩擦 阻尼始终有效； 锯齿冠需要叶片预 扭提供接触正压力， 在工作时通常能保持接触 状态稳定 。 [0005]由于叶冠接触面有摩擦力的存在， 该接触面的力学特性是非线性的， 为了分析 叶 冠接触面的阻尼特性， 传统方法主 要有以下两种： [0006]1、 时间积分法。 将摩擦力按时间积分， 计算叶片动态响应。 这种方法计算量大、 效 率低。 [0007]2、 谐响应分析法。 使用 “谐波平衡法 ”对接触面线性化， 再使用谐响应分析计算叶 片的振动特性。 这种方法虽然单次计算时间相对较快， 但是需要 多次迭代， 效率同样较低。 [0008]以上两种方法均只能针对阻尼比特性曲线的一个点进行求解， 若欲得到较为光滑 的阻尼比特性曲线， 则需要重复执 行若干次， 计算效率极低。 发明内容 [0009]本发明要解决的技术问题是提供一种叶冠阻尼特性分析效率高的低压涡轮叶/盘 转子的叶冠阻尼减 振分析方法。 [0010]为解决上述 技术问题， 本发明提供技 术方案如下： [0011]一种低压涡轮叶/盘转子的叶冠阻尼减 振分析方法， 包括： [0012]步骤1： 确定转子的工作转速范围； [0013]步骤2： 建立叶/盘转子模型； [0014]步骤3： 对叶/盘转子模型进行静力分析； [0015]步骤4： 根据静力分析的结果计算叶冠接触面法向压强； [0016]步骤5： 开展预应力影响下的模态分析； [0017]步骤6： 绘制叶/盘转子的Campbel l图； [0018]步骤7： 确定需要分析的模态的阶数及节 径数；说　明　书 1/6 页 3 CN 114117849 A 3