一種約束阻尼航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的拓?fù)鋬?yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及約束阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，特別涉及了一種約束阻尼航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉 片的拓?fù)鋬?yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)完整性是航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行安全的關(guān)鍵，隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推 重比的增加，葉片的振動(dòng)應(yīng)力增大，疲勞損傷問題日漸突出。目前，多采用阻尼圍帶或干摩 擦阻尼等形式，來增加葉片阻尼，減小葉片振動(dòng)應(yīng)力。約束阻尼結(jié)構(gòu)作為一種有效增加阻尼 的結(jié)構(gòu)形式，具有處理簡(jiǎn)單和高效的特點(diǎn)。
[0003] 傳統(tǒng)約束阻尼一般全覆蓋于待處理結(jié)構(gòu)的表面，雖然能夠有效增加結(jié)構(gòu)阻尼，但 大大增加了附加質(zhì)量，不利于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是是提出一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片約束阻尼處理的材料優(yōu)化配置方法， 針對(duì)優(yōu)化的目標(biāo)階次和約束阻尼材料使用量，建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)約束阻尼葉片的拓?fù)鋬?yōu)化模 型。采用漸進(jìn)優(yōu)化算法，對(duì)葉片上的約束阻尼材料布局進(jìn)行優(yōu)化。通過優(yōu)化，以最小的約束 阻尼材料附加質(zhì)量，顯著降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的振動(dòng)應(yīng)力，達(dá)到最佳的阻尼減振效果。
[0005] 本發(fā)明提供了一種約束阻尼航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的拓?fù)鋬?yōu)化方法，其特征在于：所述 的約束阻尼航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的拓?fù)鋬?yōu)化方法，采用輕質(zhì)鋁箔作為約束材料，在航空發(fā)動(dòng)機(jī) 葉片表面上依次粘貼粘彈性材料和約束材料，對(duì)葉片進(jìn)行約束阻尼處理，建立約束阻尼葉 片的有限元模型；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種約束阻尼航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的拓?fù)鋬?yōu)化方法，其特征在于：所述的約束阻尼航 空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的拓?fù)鋬?yōu)化方法，采用輕質(zhì)鋁箔作為約束材料，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面上依 次粘貼粘彈性材料和約束材料，對(duì)葉片進(jìn)行約束阻尼處理，建立約束阻尼葉片的有限元模 型； 確定優(yōu)化的目標(biāo)階次和約束阻尼材料使用量，建立約束阻尼葉片的拓?fù)鋬?yōu)化模型：
其中，Xi為設(shè)計(jì)變量，n 階的模態(tài)損耗因子，Mi為約束阻尼胞單元的質(zhì)量，M#為約 束阻尼材料的使用量； 根據(jù)約束阻尼葉片的有限元模型，對(duì)約束阻尼葉片進(jìn)行模態(tài)分析，采用靈敏度分析方 法，計(jì)算每個(gè)約束阻尼胞單元的模態(tài)損耗因子靈敏度，采用獨(dú)立網(wǎng)格濾波技術(shù)對(duì)約束阻尼 胞單元的靈敏度進(jìn)行濾波； 采用漸進(jìn)優(yōu)化算法，求解優(yōu)化模型，編制優(yōu)化程序，搜尋約束阻尼材料在葉片上的最優(yōu) 布局，并對(duì)優(yōu)化布局進(jìn)行裁剪和規(guī)整，以適合工程應(yīng)用。
2. 按照權(quán)利要求1所述的約束阻尼航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的拓?fù)鋬?yōu)化方法，其特征在于：所 述建立的約束阻尼葉片的有限元模型，采用四節(jié)點(diǎn)的雜交單元。
3. 按照權(quán)利要求1所述的約束阻尼航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的拓?fù)鋬?yōu)化方法，其特征在于：所 述的設(shè)計(jì)變量\為約束阻尼胞單元的存在與否，它的取值為{〇, 1}，當(dāng)xi= 〇時(shí)，表示約束 阻尼胞單元i被刪除；當(dāng)Xi= 1時(shí)，表示約束阻尼胞單元i處，覆蓋有約束阻尼材料，設(shè)計(jì) 變量的初始值為1。
4. 按照權(quán)利要求1所述的約束阻尼航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的拓?fù)鋬?yōu)化方法，其特征在于：所 述的約束阻尼胞單元的模態(tài)損耗因子靈敏度計(jì)算公式為： 根據(jù)模態(tài)應(yīng)變能法，約束阻尼結(jié)構(gòu)的r階模態(tài)損耗因子計(jì)算如下：
其中，nv為阻尼材料的損耗因子；UVJPL分別為第r階模態(tài)的阻尼材料應(yīng)變能和約 束阻尼結(jié)構(gòu)總應(yīng)變能； 令t對(duì)設(shè)計(jì)變量xi求偏導(dǎo)，第r階模態(tài)損耗因子對(duì)設(shè)計(jì)變量xi的靈敏度表達(dá)式為：
式中，CC,和分別為第r階模態(tài)的阻尼單元i的模態(tài)應(yīng)變能和阻尼單元i對(duì)應(yīng)的約 束層單元的模態(tài)應(yīng)變能。
【專利摘要】一種約束阻尼航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的拓?fù)鋬?yōu)化方法，采用輕質(zhì)鋁箔作為約束材料，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面上依次粘貼粘彈性材料和約束材料，對(duì)葉片進(jìn)行約束阻尼處理，建立約束阻尼葉片的有限元模型；根據(jù)約束阻尼葉片的有限元模型，對(duì)約束阻尼葉片進(jìn)行模態(tài)分析，采用獨(dú)立網(wǎng)格濾波技術(shù)對(duì)約束阻尼胞單元的靈敏度進(jìn)行濾波；采用漸進(jìn)優(yōu)化算法，求解優(yōu)化模型，編制優(yōu)化程序，搜尋約束阻尼材料在葉片上的最優(yōu)布局，并對(duì)優(yōu)化布局進(jìn)行裁剪和規(guī)整，以適合工程應(yīng)用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了以最小的阻尼材料附加質(zhì)量，達(dá)到最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片阻尼減振效果的目標(biāo)，使航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的振動(dòng)應(yīng)力顯著下降，提高了葉片抗疲勞損傷的能力。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號(hào)】CN104573199
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410805697
【發(fā)明人】李成剛, 鄭玲, 房占鵬, 王延軍, 寧智毅
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所, 重慶大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日