硬涂层叶片结构气-固耦合作用非线性振动特性研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11272016
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    86.0万
  • 负责人：
    曹东兴
  • 依托单位：
    北京工业大学
  • 学科分类：
    A0702.非线性振动及其控制
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2012
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Analysis of nonlinear vibration for aeroengine blade is a very important research filed. The technology and application of thermal barrier coating are always used to improving the working temperature, and increasing oxidation life, and ameliorating the damaging effects of turbine blade. But the effects of coating for the vibration of turbine blade are not very clear yet. In this program, the laminated beam theory and the constrained layer damping theory and nonlinear dynamics methods and experiment methods are applied to study the nonlinear vibration of coating turbine blade under aerodynamics excitation. First, the nonlinear dynamics equations of rotating laminated beam and plate are established to describe the model of coating turbine blade. The main issues are to study the damping characteristics and flutter stability. The effect of coating thickness to the modal loss factors will be analyzed. In addition, the nonlinear vibration responses of the coating turbine blade will be studied and effects of the coating physical parameters, blade geometry and aerodynamics would be investigated. The bifurcation and chaos also will be studied. And the theoretic solutions will be compared with experiment solutions.
航空发动机叶片的非线性振动研究是国际热点研究课题，硬涂层技术对提高叶片的工作温度和耐磨损、抗腐蚀氧化能力以及热减振具有非常重要的作用。本项目综合利用层合梁理论、约束层阻尼理论、非线性动力学理论以及实验方法研究具有硬涂层叶片结构的气-固耦合作用非线性振动特性。将硬涂层叶片简化为高速旋转的层合梁和层合板模型，考虑叶片构型和气动载荷，建立非线性动力学方程，重点研究硬涂层叶片结构的阻尼减振特性，分析涂层厚度对结构固有特性和损耗因子的影响；研究复杂气动力作用下叶片结构的颤振稳定性，分析涂层几何物理参数、叶片构型参数及气动载荷对涂层叶片结构的非线性振动响应的影响，并研究结构振动可能出现的分叉和混沌等非线性现象；开展涂层叶片结构振动特性实验研究，验证理论分析结果。

结项摘要

叶片是航空发动机的关键零部件之一，其在高温高压等恶劣工作条件下做高速旋转运动，由此而产生的振动对发动机的安全性和可靠性具有非常大的影响。硬涂层技术对提高叶片的工作温度和耐磨损、抗腐蚀氧化能力以及热减振具有非常重要的作用。本项目综合利用层合梁理论、约束层阻尼理论、非线性动力学理论以及实验方法深入研究了具有热障涂层材料的叶片非线性振动特性。主要研究内容和结果包括：.(1) 热障涂层叶片动力学建模：将热障涂层叶片简化为固定于高速旋转轮毂上的悬臂层合板模型，综合考虑叶片预安装角和预扭转角、叶片工作温度以及高速旋转离心力等因素，基于大变形理论、一阶活塞理论和尾流激励模型利用Hamilton原理建立了热障涂层叶片非线性动力学模型。.(2) 热障涂层叶片振动特性分析：利用Ritz法和Chebyshev多项式分析了叶片层合板模型的静态频率与振型，其结果与ANSYS有限元结果对比验证；搭建了叶片振动实验平台，完成了叶片固有频率测试；深入分析了转速、温度以及涂层材料等参数对热障涂层叶片动态频率的影响，结果表明前十阶频率基本都随着转速的增加而提高，而涂层厚度的增加会提高叶片的动态频率，温度的升高则会降低叶片的动态频率，预安装角和预扭转角对动态频率的影响类似，但影响不大；最后利用Campbell 图分析了叶片的共振区域。.(3) 热障涂层叶片颤振分析：利用特征值法对热障涂层叶片的颤振行为进行了研究，结果发现，叶片在低速、高温以及热障涂层厚度较厚的情况下容易发生颤振，而随着预扭转角和预安装角的增大，叶片发生颤振的可能性会降低。.(4) 热障涂层叶片非线性动力学分析：通过数值仿真研究了叶片的扰动转速、稳定转速和尾流激励对热障涂层叶片的非线性动力学响应的影响，发现系统中存在1:5内共振等复杂的非线性动力学行为，分析结果与涂层叶片线性系统固有特性研究结果对比一致。.(5) 热障涂层叶片阻尼特性分析：基于RKU模型方法得到涂层叶片的损耗因子，详细分析了涂层厚度、厚度比及弹性模量等对损耗因子的影响。对项目所研究模型的结果表明，上涂层厚度对损耗因子的影响呈现先增后减的特性，基层厚度对损耗因子的影响呈现逐渐减缓的减小趋势，随着基体弹性模量增大损耗因子呈现逐渐减小的非线性变化趋势。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（14）
专利数量（0）
连通式油气悬架三轴重型车辆模型非线性动力学分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    动力学与控制学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李庆;胡文华;姚明辉;张伟
  • 通讯作者：
    张伟
Nonlinear dynamic responses of a truss core sandwich plate
桁架芯夹层板的非线性动力响应
  • DOI：
    10.1016/j.compstruct.2013.09.033
  • 发表时间：
    2014-02
  • 期刊：
    Composite Structures
  • 影响因子：
    6.3
  • 作者：
    Zhang, W.;Chen, J. E.;Cao, D. X.;Chen, L. H.
  • 通讯作者：
    Chen, L. H.
Vibration Frequencies and Modes of a Z-Shaped Beam With Variable Folding Angles
变折角 Z 形梁的振动频率和模态
  • DOI：
    10.1115/1.4033196
  • 发表时间：
    2016-08
  • 期刊：
    Journal of Vibration and Acoustics-Transactions of the ASME
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Zhang, W.;Hu, W. H.;Cao, D. X.;Yao, M. H.
  • 通讯作者：
    Yao, M. H.
Two-Dimensional Nonlinear Dynamics of Axially Accelerating Beam Based on DQM
基于DQM的轴向加速梁二维非线性动力学
  • DOI：
    10.1007/978-3-319-04522-1_22
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Nonlinear Dynamics, Vol.2, Proceedings of the 32nd IMAC
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Wang, Dongmei;Zhang, Wei;Yao, Minghui;Hu, Wenhua
  • 通讯作者：
    Hu, Wenhua
折叠翼的理论建模与实验研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    动力学与控制学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    胡文华;张伟;曹东兴
  • 通讯作者：
    曹东兴

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    曹东兴
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    孙 宽
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    2019
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    科技导报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    姚明辉;曹东兴;张伟;高惠
  • 通讯作者：
    高惠

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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