1、整體葉盤是為了提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能而采用的一種新型結(jié)構(gòu)部件，它是通過(guò)整體化加工或由葉片和盤通過(guò)焊接等方式做成一體的，結(jié)構(gòu)形式更為簡(jiǎn)單，能夠大幅度提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能，在當(dāng)前先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中得到高度重視并得以成功應(yīng)用。但是，整體葉盤的振動(dòng)及疲勞破壞問(wèn)題極為突出:整體葉盤的輪盤厚度通常較薄，容易出現(xiàn)輪盤與葉片剛度相近而導(dǎo)致葉片與輪盤發(fā)生耦合振動(dòng);無(wú)榫結(jié)構(gòu)形式雖然減少了連接與接觸摩擦界面，但降低了整體葉盤的振動(dòng)阻尼能力，使得惡劣工作環(huán)境條件下

2、整體葉盤容易處于大振動(dòng)和高動(dòng)應(yīng)力狀態(tài)，甚至發(fā)生共振;整體葉盤的振動(dòng)疲勞失效問(wèn)題十分突出，并且整體葉盤損傷修復(fù)難度很高。因此，深入研究考慮結(jié)構(gòu)特征的整體葉盤動(dòng)力學(xué)建模方法，明確整體葉盤的耦合共振機(jī)理，進(jìn)而提出整體葉盤的振動(dòng)抑制與抗振動(dòng)疲勞的硬涂層阻尼技術(shù)，獲得硬涂層阻尼對(duì)整體葉盤結(jié)構(gòu)振動(dòng)抑制與抗疲勞破壞的機(jī)理及影響規(guī)律，進(jìn)行硬涂層整體葉盤的減振優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于提高整體葉盤的設(shè)計(jì)能力、保障結(jié)構(gòu)安全性具有重要的理論和實(shí)用價(jià)值。
　　本文在

3、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“整體葉盤動(dòng)力學(xué)特性及其硬涂層阻尼減振設(shè)計(jì)方法”（編號(hào):51505060）以及“薄壁構(gòu)件硬涂層阻尼減振的多尺度模擬方法與主動(dòng)設(shè)計(jì)”（編號(hào):11472068）的支持下，采用解析分析、數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法，開(kāi)展整體葉盤的動(dòng)力學(xué)縮減建模方法與耦合振動(dòng)特性分析、葉片和輪盤涂覆硬涂層的整體葉盤振動(dòng)特性分析、面向整體葉盤減振的硬涂層參數(shù)與布局多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、失諧整體葉盤的硬涂層主動(dòng)失諧設(shè)計(jì)以及整體葉盤葉片振動(dòng)疲勞裂

4、紋的擴(kuò)展和硬涂層影響等方面的研究，完成的主要工作和取得的主要結(jié)果如下所述。
　　考慮整體葉盤的結(jié)構(gòu)特征與硬涂層阻尼的材料特性，基于改進(jìn)的層合結(jié)構(gòu)振動(dòng)理論，采用復(fù)模量本構(gòu)模型，利用Rayleigh-Ritz法結(jié)合Gram-Schmidt變換構(gòu)建的特征正交多項(xiàng)式作為整體葉盤的振型函數(shù)，建立了涂覆硬涂層的整體葉盤動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)涂覆硬涂層的整體葉盤的固有頻率、模態(tài)損耗因子以及頻率響應(yīng)等進(jìn)行了理論與仿真研究，并進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證，獲得了硬涂

5、層材料參數(shù)和厚度對(duì)整體葉盤振動(dòng)抑制的規(guī)律，以及整體葉盤的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)硬涂層整體葉盤整體結(jié)構(gòu)的綜合阻尼特性的影響規(guī)律。
　　基于Kriging模型和有限元模型，分別采用改進(jìn)非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)以及漸進(jìn)優(yōu)化算法，建立了針對(duì)整體葉盤阻尼減振的、以模態(tài)損耗因子最大和對(duì)原整體葉盤的固有頻率影響以及增重最小為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行硬涂層參數(shù)與硬涂層布局的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。分別對(duì)兩目標(biāo)優(yōu)化以及三目標(biāo)優(yōu)化進(jìn)行了求解，得到了Pareto前

6、沿曲線和曲面形式的最優(yōu)解集;以某一階和多階模態(tài)損耗因子的加權(quán)和最大為目標(biāo)，硬涂層材料的涂覆面積為約束條件，得到了硬涂層在整體葉盤上的最佳布局。在等效氣動(dòng)載荷條件下計(jì)算得到各最優(yōu)解下整體葉盤的振動(dòng)響應(yīng)并進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià);利用模型試驗(yàn)對(duì)布局優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)驗(yàn)證。
　　以降低失諧整體葉盤的振動(dòng)局部化程度、提高對(duì)出現(xiàn)隨機(jī)失諧導(dǎo)致整體葉盤振動(dòng)局部化和振幅放大等不利影響的魯棒性為目的，在確定硬涂層阻尼對(duì)失諧整體葉盤模態(tài)局部化和強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)具

7、有改善效果的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了采用硬涂層對(duì)整體葉盤進(jìn)行主動(dòng)失諧設(shè)計(jì)的方法，通過(guò)改變硬涂層涂覆厚度進(jìn)行主動(dòng)失諧設(shè)計(jì)，獲得了在硬涂層主動(dòng)失諧形式下的整體葉盤模態(tài)與振動(dòng)響應(yīng)特性，以及考慮隨機(jī)失諧情況下的主動(dòng)失諧設(shè)計(jì)對(duì)整體葉盤振動(dòng)響應(yīng)特性的影響。仿真分析與試驗(yàn)研究表明，硬涂層主動(dòng)失諧設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)整體葉盤具有較低的振動(dòng)響應(yīng)幅值并對(duì)隨機(jī)失諧具有較強(qiáng)的魯棒性。
　　基于葉片振動(dòng)疲勞裂紋的典型形式，建立了葉片帶裂紋時(shí)的整體葉盤動(dòng)力學(xué)縮減有限元

8、模型，獲得了帶裂紋葉片的整體葉盤模態(tài)局部化和振動(dòng)響應(yīng)特征。進(jìn)而采用Paris裂紋擴(kuò)展模型，結(jié)合橢圓形裂紋板應(yīng)力強(qiáng)度因子的相關(guān)理論，對(duì)等效氣動(dòng)載荷作用下帶裂紋葉片整體葉盤的裂紋擴(kuò)展特性進(jìn)行了研究，獲得了帶裂紋葉片的裂紋擴(kuò)展曲線。通過(guò)對(duì)比研究，確定了葉片涂覆阻尼硬涂層后的裂紋擴(kuò)展特性，表明硬涂層阻尼對(duì)葉片裂紋擴(kuò)展具有明顯的抑制效果。通過(guò)試驗(yàn)件的振動(dòng)疲勞及裂紋擴(kuò)展測(cè)試試驗(yàn)確認(rèn)了振動(dòng)疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展規(guī)律，與仿真分析獲得的帶裂紋葉片的掃頻“雙

9、峰”響應(yīng)特性以及硬涂層對(duì)振動(dòng)疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展抑制效果進(jìn)行了對(duì)比，具有一致性。
　　本文研究成果對(duì)掌握考慮結(jié)構(gòu)特征的整體葉盤動(dòng)力學(xué)建模、整體葉盤的耦合共振機(jī)理具有重要作用;所提出的整體葉盤振動(dòng)抑制和抗疲勞的硬涂層阻尼技術(shù)具有創(chuàng)新性;考慮硬涂層阻尼的整體葉盤結(jié)構(gòu)振動(dòng)抑制與抗疲勞破壞機(jī)理及影響規(guī)律、基于硬涂層阻尼的整體葉盤減振多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與結(jié)果、采用硬涂層進(jìn)行主動(dòng)失諧設(shè)計(jì)的方法和結(jié)果具有合理性，并通過(guò)了模型試驗(yàn)驗(yàn)證。本文研究