【技术实现步骤摘要】
一种基于混合界面CMS法的非谐调叶片模态分析方法
[0001]本专利技术属于工程设计与计算领域，具体涉及一种基于混合界面CMS法的非谐调叶片模态分析方法。
技术介绍
[0002]叶片作为航空发动机等旋转常常工作在高温的运行条件下，承受复杂的交变应力载荷，易出现高周疲劳失效事故，产生巨大的经济损失。理想情况下叶片各扇区应该完全一致，但实际叶片常常会因为加工误差、运行磨损等因素出现各扇区叶片参数存在差异的现象，这种现象被称为非谐调现象。非谐调将使得叶片的振动能量被约束在部分叶片上，导致局部叶片的模态位移显著大于其他叶片，这种现象将一定程度上加剧叶片高周疲劳现象的出现；同时，模态振型的局部化也将使得非谐调叶片在周期性激振力作用下的响应出现局部化现象，这种响应局部化可以利用模态叠加法来进行描述。因此，对非谐调叶片模态局部化现象的研究非常必要，进行该研究有利于进一步探究减轻叶片高周疲劳现象的设计与优化方案。
[0003]而在进行非谐调叶片模态局部化现象研究时，由于非谐调现象的存在使得各扇区叶片参数存在差异，因此无法利用系统的周...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于混合界面CMS法的非谐调叶片模态分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)从整圈叶片
‑
叶轮结构中划分出单扇区叶片
‑
叶轮模型，并建立与之相对应的局部坐标系，在此基础上得到单个扇区的叶片减缩矩阵；2)由循环对称矩阵的性质，基于步骤1)中得到的叶片减缩矩阵，利用复Fourier矩阵计算求得叶轮整圈加载模态，在此基础上利用该模态形成叶轮减缩矩阵；3)通过各扇区叶片弹性模量改变来模拟非谐调对于系统动力学特性的影响，得到引入非谐调现象后各扇区叶片的减缩刚度矩阵，减缩质量矩阵仍与谐调系统相同；4)将各扇区叶片减缩矩阵以及叶轮减缩矩阵组装至总体减缩矩阵中，求解对应的广义特征值问题，得到非谐调系统的固有频率以及减缩模态振型，减缩矩阵包含减缩刚度矩阵与减缩质量矩阵；在此基础上进行对非谐调叶片的模态局部化特性具体分析。2.根据权利要求1所述的一种基于混合界面CMS法的非谐调叶片模态分析方法，其特征在于，步骤1)利用固定界面子结构模态综合法形成叶片自由度维度减缩矩阵R，流程如下：将叶片自由度划分为与叶轮相交的界面自由度i以及独立的内部自由度γ，以叶片刚度矩阵K为例，按照如下形式进行划分：首先固定界面自由度，得到界面约束时叶片的主模态振型Φ
ii
；之后依次释放每个界面自由度，得到某界面自由度模态位移为1而其他界面自由度位移为0时叶片自由度的约束模态振型Ψ
c
，综合以上两种模态振型，得到叶片自由度的维度减缩矩阵R，对应的矩阵表达式以及坐标变换公式如下：以及坐标变换公式如下：以及坐标变换公式如下：u＝Rq式中，K
(b)
以及M
(b)
分别为原叶片自由度的刚度以及质量矩阵；以及分别为减缩后的叶片刚度矩阵以及质量矩阵；u为求解原广义特征值问题(K
‑
λM)u＝0得到的特征向量；q为通过减缩矩阵描述的广义模态坐标；以及分别为原叶片刚度矩阵中对应于界面自由度以及内部自由度与界面自由度连接处的刚度矩阵分量；M
γγq
、M
γiq
、M
iγq
分别为减缩后界面自由度以及内部自由度与界面自由度连接处的质量矩阵分量。3.根据权利要求2所述的一种基于混合界面CMS法的非谐调叶片模态分析方法，其特征在于，步骤2)中考虑了利用额外的Guyan减缩矩阵考虑了叶片对叶轮的动力学特性影响，该减缩矩阵求取方法为将叶片内部自由度位移静态凝聚到界面自由度上，设叶片整体自由度
位移为x，界面处自由度位移为x
γ
，则：因此，用于考量界面处叶片对于叶轮影响的Guyan减缩矩阵为：因此，用于考量界面处叶片对于叶轮影响的Guyan减缩矩阵为：4.根据权利要求3所述的一种基于混合界面CMS法的非谐调叶片模态分析方法，其特征在于，在得到Guyan减缩矩阵之后，将其装配到单扇区叶轮刚度矩阵的对应位置处，同样分别用γ和i分别表示界面自由度和除界面以外的其他自由度，得到的叶轮加...
【专利技术属性】
技术研发人员：张荻，蒋明宏，谢永慧，刘天源，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。