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1。1 研究意义

振动在理论上来说是自然中一种普遍存在的现象。大至宇宙，小至原子，包括生、光、热都有振动现象，这是无法避免，只能想办法削弱抵消。振动中，振型与频率是其中基础的因素，了解并掌握其中的规律，能在很大程度上让我们从理论上，从数学上描述振动，从而解决振动问题。从实际上来说，振动问题是现在工业上的一大难题，实际问题错综复杂，解决振动问题必然通过理论分析，但也要通过实验研究。常见的，汽车舒适性，很大程度来源于振动的抵消；大桥的安全使用，除了强度，就需要考虑振动；能抵御大地震的高楼，首先就要处理好振动问题。本次研究的航空发动叶片振动问题，是比较特殊但又实在的问题，不仅关乎着发动机的安全，更关乎着飞机和飞机驾驶员、乘客的安全。我们在有限元分析的帮助下，能够比较直观的得到叶片在不同转速下，频率和振型的变化，找出频率转向时刻的特征转速，关于这个转速的函数值就是特征值，特征值对应了振动的谱，决定着振动的频率和幅度减弱的衰退率。这些数据可以给我们的研究，设计和制造提供参数和理论基础，从而可以避免共振发生，提高安全性、耐用性和适用性。

1。2 国内外研究现状

1。3 叶片振动相关知识

频率，表示单位时间周期变化的次数，是衡量振动的重要参数，物体的自由振动频率只有物体本身有关，和外界无关。当物体受到外界激励产生受迫振动，振动频率等于外界频率。在本次分析中会见到各阶固有频率，我们可以这样理解，当一个系统存在多个自由度或者无限个自由度时，依次使其自由度发生共振的频率叫做各阶固有频率。为了方便区分，人们把这些值按照从大到小的顺序称为1阶、2阶。。。。n阶。掌握物体的振动频率及其变化趋势能够在应对不同激励时，有效避免共振产生。振型同样是物体振动的重要体现，决定了物体振动的方向和形式，振型的了解有助于合理的结构设计以及对某些振动工具的正确使用。

1。4 振型与频率的特点

   在发动机叶片的分析中，叶片的固有振动特性主要指其动频特性和相应的模态振型，其中包含“频率转向”和“振型转换”问题。当把系统特征值作为一些特性参数的函数时，特征值的轨迹线区域集中再转向分开的现象称为“频率转向”。“振型转换”是指物体振型在阶数改变或者外部条件如转速改变下发生改变的情况。高速旋转的叶片由于离心钢化效应，其动态频率和模态振型会随着转速发生极其复杂的变化，在世界航空热的推动下，一大批学者在这个两个问题上做了很多的研究，证明了旋转叶片模态动频特性之间的关系是非常复杂的。深入研究这些问题，对于叶片设计，损坏判断等都具有相当大的作用。

1。5 研究方法和工具

    由于缺少涡轮叶片的测试品，加之发动机叶片处于高速旋转状态，对航空发动机叶片的振动测试实验难以开展。有限元分析是目前最实用且最普通的一种计算涡轮叶片动频特性和模态振型的方法，结合课题研究条件，我们采用有限元分析软件ANSYS来开展数值仿真实验，负责建模运算和输出振型图，它同时是目前运用最广泛的商用有限元软件，其计算结果将为实际航空发动机项目提供可信的数据。根据结构的尺寸，建立叶片模型。叶片在结构上类似于悬臂梁，一端固结在面上，一端自由。同时建立刚度和质量矩阵，模拟叶片在离心刚化下的振动状态，求出“频率转向”时的特征转速，为发动机叶片的故障分析和振动测试提供理论依据。后期采用Origin绘图软件绘制以转速为自变量，频率为因变量的光滑曲线图。振型图插入曲线图选择Adobe Photoshop软件进行操作。 (责任编辑：qin)