[发明专利]一种叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法

权利要求书

1.一种叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法，其特征是：

采用三维有限元建模方法建立叶盘结构的定量分析模型，采用复特征值分析方法获得叶盘固有频率的虚部随转速的变化曲线，进而通过所获得的曲线与激励频率随转速变化曲线的交点以及多个模态下的响应幅值的最大值确定调谐质量阻尼器阵列的工作转速与固有频率，依此进行调谐质量阻尼器阵列中振子的结构参数设计。

2.根据权利要求1所述的叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法，其特征是：所述叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的结构形式是：

所述叶盘(1)是在轮盘的周边分布有叶片；

所述调谐质量阻尼器阵列是由环状支撑结构和调谐质量阻尼器振子构成，所述调谐质量阻尼器振子沿圆周固定在环状支撑结构中，环状支撑结构贴合在轮盘的内侧壁上；利用调谐质量阻尼器振子在减振频率范围内吸收叶盘结构的部分能量，降低叶盘的振动幅值；

所述调谐质量阻尼器振子是将质量块由弹性梁以悬伸的形式固定在环状支撑结构中，由质量块的质量和弹性梁的刚度共同决定振子固有频率；

所述环状支撑结构为环形框架结构，是由内环框、外环框和隔板构成多个周向分布的容腔，调谐质量阻尼器振子设置在各容腔中；所述调谐质量阻尼器阵列是以过盈配合的方式装配在轮盘的内表面，在叶盘的运行中，调谐质量阻尼器阵列保持与轮盘相贴合。

3.根据权利要求2所述的叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、按如下方式计算获得叶盘前S阶固有频率的虚部随转速的变化曲线，并确定调谐质量阻尼器阵列的减振点：

步骤1.1：采用三维有限元建模方法建立叶盘结构的定量分析模型，由有限元软件分别导出叶盘模型的质量矩阵M、弹性刚度矩阵K_e、科氏力矩阵C_cor、旋转软化矩阵K_d和与叶盘转速Ω相关的应力钢化矩阵K_s(Ω)，建立叶盘结构自由振动的动力学方程如式(1)：

式(1)中：

u是有限元模型的节点位移，为节点速度，为节点加速度；

根据叶盘运行中的最大转速Ω_max，在0-Ω_max的转速范围内等间隔取p个点的转速，得到一个转速序列，p不小于5；采用复特征值分析方法由式(2)计算获得各转速下的叶盘的前S阶复特征值λ，S为复特征值分析中最大模态阶数；

(λA+B)φ＝0 (2)

式(2)中：

φ为对应的模态向量；

根据叶盘的前S阶复特征值λ计算获得前S阶固有频率f为：f＝λ/2π；

将各转速下的固有频率统一取虚部，得到叶盘前S阶固有频率的虚部随转速的变化曲线；

步骤1.2：针对具有1-N节径模态的叶盘结构，依次计算各节径n模态对应的固有频率随转速的变化曲线与直线F_n的交点(Ω_n，f_n)，直线F_n为：F_n＝nΩ，Ω为叶盘转速，Ω_n为叶盘发生n节径模态共振时的转速，f_n为n节径共振固有频率，n＝1,2,…,N；

步骤1.3：针对1-N节径模态，采用式(3)一一对应计算获得叶盘结构在转速Ω_n下的振动幅值A_n，n＝1,2,…,N，计算中施加在叶片上的简谐激励的幅值为1，频率为f_n；

A_n＝[K_e-Ω_n²K_d+K_s(Ω_n)+(2πf_n)Ω_nC_cor-(2πf_n)²M]^-1F₀ (3)

式(3)中：

F₀为外载荷幅值向量；

针对各振动幅值A₁,A₂,…,A_N取最大幅值A_m，并取对应于最大幅值A_m的交点(Ω_m，f_m)为调谐质量阻尼器阵列的减振点，即有减振点(Ω_m，f_m)；

步骤2：根据减振点(Ω_m，f_m)按如下方式设计调谐质量阻尼器阵列结构，使得调谐质量阻尼器阵列中的振子在Ω_m转速下具有与f_m大小相等的振子固有频率；

步骤2.1：根据质量比μ与调谐质量阻尼器振子的个数z确定单个调谐质量阻尼器振子的质量并记为：单个振子质量m_r，所述质量比μ为调谐质量阻尼器阵列结构中所有振子总质量与叶盘质量之比；

步骤2.2：根据单个振子质量m_r和频率f_m，确定弹性梁的刚度k_r，k_r＝(2πf_m)²m_r，并对弹性梁的结构尺寸进行初步设计，得到质量块和弹性梁的初步结构尺寸；

步骤2.3：在质量块和弹性梁的初步结构尺寸的基础之上，按如下方式针对质量块和弹性梁的结构尺寸进行精细化迭代设计，使得振子的固有频率与频率f_m的差别小于频率设计误差允许值：

采用三维有限元建模方法构建调谐质量阻尼器振子的有限元模型，得到与式(1)具有相同形式的振子结构的自由振动动力学方程；通过对Ω_m转速下的振子模型复特征值的分析，计算获得振子的第一阶固有频率的虚部f_osc；

若满足设计要求，则停止迭代；

若不满足设计要求，则调整弹性梁的结构尺寸，再次计算获得振子在Ω_m转速下的固有频率的虚部f_osc，直到满足设计要求；

所述设计要求设定为：|f_osc-f_m|＜ε，ε为频率设计误差允许值；

步骤2.4：依据步骤2.3所获得的质量块和弹性梁的结构尺寸，确定调谐质量阻尼器阵列结构中的支撑结构。

4.根据权利要求2或3所述的叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法，其特征是：采用有限元方法对所述支撑结构的强度进行校核，通过增加内环框、外环框和隔板的厚度增加支撑结构强度。