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葉片共振疲勞與顫振疲勞分析

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2019-08-08 18:09

絕大多數(shù)葉片都是由于振動(dòng)疲勞而損壞，從葉片的振動(dòng)現(xiàn)象上看，葉片有強(qiáng)迫振動(dòng)疲勞，共振疲勞與顫振疲勞。三者雖都屬于振動(dòng)疲勞，有其共同性質(zhì)，然而由于各自的振動(dòng)狀態(tài)不一樣，危及葉片的疲勞程度以及疲勞裂紋發(fā)展的快慢與結(jié)果也都不一樣。其中葉片以出現(xiàn)共振疲勞為多，較嚴(yán)重，顫振疲勞雖然少，但危害性最大。

 

 

1強(qiáng)迫振動(dòng)疲勞

葉片工作時(shí)一直受有強(qiáng)迫激振力的作用，只是激振力有大有小，頻率或高或低。

 

一般情況在小激振力作用下，葉片具有較小的振動(dòng)應(yīng)力，即使在很高的循環(huán)次數(shù)下面，葉片也不致于疲勞損壞。振動(dòng)系統(tǒng)在周期性的外力作用下，其所發(fā)生的振動(dòng)稱為受迫振動(dòng)。

 

 

2共振疲勞

葉片的共振疲勞是所研究的重點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)中絕大多數(shù)葉片都是共振疲勞損傷故障。葉片共振時(shí)，振幅很大，葉片內(nèi)部產(chǎn)生較大的振動(dòng)應(yīng)力。

 

共振疲勞的斷口特征是，疲勞裂紋表面有一個(gè)疲勞源，這個(gè)疲勞源可以在葉片截面最大應(yīng)力處，或者是近于最大應(yīng)力區(qū)由葉片表面缺陷所引起。疲勞源形成后，自源點(diǎn)向外發(fā)展形成貝殼形的疲勞環(huán)（有的也稱為海灘形疲勞環(huán)）。

 

葉片的共振疲勞損壞還必須具備兩個(gè)條件，即需要達(dá)到一定交變應(yīng)力，還需要振到一定的時(shí)間，即循環(huán)次數(shù)n。通常對(duì)材料進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)可以獲得疲勞壽命線。

 

 

3顫振疲勞

顫振疲勞是由于葉片產(chǎn)生顫振所引起，顫振疲勞又稱為低循環(huán)次數(shù)的疲勞，以此區(qū)別于高循環(huán)次數(shù)的共振疲勞，顫振疲勞壽命n≤104以下。

 

葉片出現(xiàn)顫振，其特點(diǎn)是大振幅、大振動(dòng)應(yīng)力，低循環(huán)疲勞壽命并伴隨有“哨叫”聲。這種大振幅，大應(yīng)力振幅下的振動(dòng)，使葉片材料已進(jìn)入彈塑性變形，加速了葉片疲勞的擴(kuò)展速度，也加速了葉片的疲勞損傷，致使葉片在很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重裂紋甚至斷折。

 

 

4排除葉片振動(dòng)故障的方法

掌握葉片振動(dòng)問(wèn)題，其目的在于解決葉片振動(dòng)及振動(dòng)故障，防止或排除葉片振動(dòng)的方法有三種：

 

  • 一是從解決葉片振動(dòng)內(nèi)因——自振頻率著手，稱為調(diào)頻法，以避開共振；

     

  • 二是從解決葉片振動(dòng)的外因——激振頻率著手，稱為調(diào)激振頻率法，以避開共振；

     

  • 三是增大葉片抗振強(qiáng)度（如阻尼力）和采用減振結(jié)構(gòu)法。

 

5. 葉片的調(diào)頻法

 

葉片的調(diào)頻是從內(nèi)因著手，改變?nèi)~片的自振頻率，以避開共振。調(diào)頻對(duì)解決共振疲勞較為有效，對(duì)于解決顫葉片調(diào)頻可以使葉片自振頻率調(diào)高，也可以調(diào)低，一般使葉片頻率調(diào)高為好。因?yàn)樵谕瑯蛹ふ窳ψ饔孟?，葉片頻率高，意味著剛性好，振副小振動(dòng)應(yīng)力就相應(yīng)變小。

 

葉片自振頻率計(jì)算：

葉片共振疲勞與顫振疲勞分析

調(diào)頻就是改變上述各參數(shù)以改變自振頻率值。

 

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