♣论文：

[1]刘富海, 陈果, 沈响响, 等.  叶片裂纹—碰摩耦合故障动力学建模与分析[J]. 噪声与振动控制, 2024.(一作, 北大核心, 已录用)

题目：《叶片裂纹-碰摩耦合故障振动分析》

       航空发动机叶片裂纹和碰摩故障是常见的动力学故障类型，且二者常以耦合方式并存，导致复杂的系统动力学行为和故障特征。为了深入研究裂纹-碰摩耦合故障对叶片振动响应的影响，本文基于整机动力学建模，进行了叶片裂纹-碰摩耦合故障振动分析。
       主要研究内容及创新点如下：
       首先，本文建立了部件级的裂纹叶片动力学模型，使用有限元法建立叶片动力学模型，基于断裂力学理论建立了裂纹模型。通过裂纹截面的呼吸裂纹模型，考虑了裂纹面四个端点的应力情况。分析表明，裂纹深度显著影响叶片叶尖的弯曲振动响应，尤其在激励频率接近系统的固有频率时，振动响应表现出明显的峰值。低转速时，气流激励频率的二倍频及高倍频分量较为显著，而高转速下，这些分量逐渐消失，叶片表现为带裂纹的线性系统。裂纹深度的增加对振动影响较大，尤其是裂纹接近叶根时，振动响应的变化更显著。
       其次，本文进一步建立了包含机匣振动的叶片-转子-机匣-支承耦合动力学模型，分析了碰摩故障的振动响应，并进一步分析了裂纹与碰摩耦合故障对整机振动响应的影响。模型中，考虑了作用在转盘上的不平衡量、气流激励以及离心力的影响。研究结果表明，裂纹故障主要体现在叶片的振动响应上，对转子和机匣的影响较为微弱。相较之下，碰摩故障的特征则主要体现在转子和机匣的振动响应上，叶片上的故障特征较不明显。
       最后，对本文所建立的叶片裂纹模型和叶片-机匣碰摩模型进行试验验证。一方面，由于基于机匣加速度无法检测裂纹故障，目前流行的方法是仍然是直接检测叶片振动方法，因此，本文基于振动台进行了裂纹叶片的振动试验，提取了裂纹叶片的振动特征，并与仿真结果进行了详细比较，验证了本文所建立的叶片裂纹模型的正确有效性；另一方面，由于叶片产生裂纹后往往会导致叶片碰摩，因此，从转静碰摩监测可以间接实现叶片裂纹的诊断，因此本文利用带机匣的转子试验器进行碰摩故障模拟试验，验证了本文碰摩模型。
       本文通过建立裂纹与碰摩耦合故障的动力学模型，结合理论分析与试验验证，揭示了裂纹和碰摩故障对航空发动机叶片振动特征的影响，为故障诊断与健康管理提供了重要的理论依据。
       关键词：航空发动机，叶片裂纹，转静碰摩,耦合故障，整机振动

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