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用于叶片减振的压电材料分布拓扑优化

李琳; 马皓晔; 范雨; 田开元 北京航空航天大学能源与动力工程学院; 北京100191; 先进发动机协同创新中心; 北京100191; 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室; 北京100191
叶盘结构   振动抑制   压电分支阻尼   拓扑优化   模态机电耦合系数  

摘要:提出一种可用于实际叶盘结构的压电分支阻尼器拓扑优化方法,可以给出总质量受约束的压电材料在叶片上的最佳分布,达到尽可能大的模态阻尼比。通过理论推导说明:压电阻尼器所产生的模态阻尼比仅取决于模态机电耦合系数,且该系数只与压电材料的几何形状以及模态应力场有关。进一步结合压电本构关系,基于应力分量的线性加权给出了有限的压电材料在叶片上铺设位置"优先级"的判断指标。给出了基于叶盘结构有限元模型的压电材料拓扑优化方法,通过替换单元类型和材料参数的方式对压电材料进行布置,并给出了多模态族优化、极化方向设置、电极铺设等问题的解决方案。在一个接近真实的叶盘模型上应用了此优化方法。结果表明,仅使用质量占叶片质量10%的压电材料,就可以为多个模态提供约12%的阻尼比。

简介:《航空动力学报》(CN:11-2297/V)是一本有较高学术价值的大型月刊,自创刊以来,选题新奇而不失报道广度,服务大众而不失理论高度。颇受业界和广大读者的关注和好评。

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