项目名称: 航空发动机中纤维增强型复合薄壁构件的非线性振动特性研究

项目编号: No.51505070

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 李晖

作者单位: 东北大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 纤维增强型复合材料具有优异的力学性能和减重效果,随着航空工业对功能部件的抗疲劳、抗振性、耐高温等性能要求越来越高,在航空发动机中逐步使用纤维/金属、纤维/陶瓷等复合材料构件,以取代叶片、轮盘、鼓筒等传统薄壁构件,是一种必然的技术发展趋势。但对其非线性振动机理认识不清,已严重限制了该类型复合薄壁构件的推广应用。本项目将以纤维增强型复合薄板及圆柱壳为研究对象,并围绕其非线性振动特性及相关测试、分析方法开展研究,具体包括:具有振幅及频率依赖性的非线性阻尼表征测试、具有各向异性特点的复合材料力学特性参数辨识、可描述非线性振动现象的解析及有限元模型的创建、该类型复合薄壁结构振动特性的优化及综合评价等研究内容。通过本项目的研究,可以进一步揭示纤维增强型复合薄壁构件的非线性振动机理,为建立该类型复合结构振动测试与分析的方法体系提供理论与实践的参考,为其在我国航空发动机的推广应用做出最积极的努力。

中文关键词: 纤维增强型复合材料;复合薄壁结构;非线性振动;表征测试;航空发动机

英文摘要: Fiber-reinforced composite has excellent mechanical properties and capability on weight reduction, it is an inevitable trend that fiber/metal, fiber/ceramic and other fiber composite and their structures will be gradually utilized to replace traditional thin-walled structures in the aircraft engine, such as blade, compressor disk and drum, so as to meet the increasing demanding on fatigue resistance, vibration reduction, high temperature tolerance and other stringent requirements in aircraft industry. However, due to the fact that their nonlinear vibration mechanism is not well known, the corresponding applications of the above composite structures have currently been restricted and suppressed. In this project, thin composite plate and cylindrical shell of fiber-reinforced metal materials are taken as study objects, and their nonlinear vibration characteristics as well as the related test and analysis method will be studied. The study contents include characterization testing on nonlinear damping parameters which is dependent on excitation amplitude and frequency, identifying mechanics parameters of fiber-reinforced composite with anisotropic property, creating analytical model and finite element model which can be used to describe nonlinear vibration phenomenon, optimization study and comprehensive evaluation on vibration characteristics of composite structures and etc. Ultimately, the study of this project will reveal the nonlinear vibration mechanism of composite thin-walled structure strengthened by fiber composite, provide theory and practice reference on building the corresponding test and analysis methodology, and make positive contribution to the application of such composite structure in our own aeroengine in China.

英文关键词: fiber-reinforced composite;composite thin-walled structure;nonlinear vibration;characterization test;aircraft engine

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