强声波激励下转子叶片的振动分析(2)

　　为确定声源模型的形式，假设声源为高强声波，为简谐声波，在叶背叶根附近。分析采用的转子叶片为航空发动机NASARotor67转子叶片。 

　　2.1 球面声波辐射下的转子叶片的应力和声压分布 

　　从图1可以看出，转子叶片的最大应力为19.83MPa，该应力最大处位于叶背叶根附近。此外，整个转子叶片的声压分布在146dB-150.06dB之间变化，整个叶片的声压分布平均接近148dB。

　　2.2 柱面声波辐射下的转子叶片的应力和声压分布 

　　从图2可以看出，转子叶片的最大应力为21.31MPa，该应力最大处同样位于叶背叶根附近。此外，整个转子叶片的声压分布在141.06dB-149.18dB之间变化，整个叶片的声压分布平均接近147dB。 

　　2.3 平面声波辐射下的转子叶片的应力和声压分布 

　　从图3可以看出，转子叶片的最大应力为19.31MPa，该应力最大处位于叶背叶根附近。此外，整个转子叶片的声压分布在146.25dB-149.98dB之间变化，整个叶片的声压分布平均接近148dB。 

　　2.4 均布声压作用下转子叶片的应力计算 

　　在叶片上直接作用150dB的均布声压： 

　　从图4可以看出，转子叶片的最大应力为19.83MPa，该应力最大处位于叶背叶根附近。此外，整个转子叶片的声压分布一致，整个叶片的声压分布平均接近149dB。 

　　2.5 比较和结论 

　　我们又进行了另外2种发动机叶片的振动分析计算（在这里限于篇幅所限省略），其结果与上述的数值计算结果基本一致，而且数值计算的结果也与实验测试的结果基本一致，因此以上的振动分析结果是可信、有效的。这表明高强声波对转子叶片的应力贡献有一定的作用，这种作用与声波的强度，声源的位置相关。声波越强，声源越近，由高强声波激振所致的转子叶片的应力水平也越高。 

　　3 结语 

　　本文通过有限元方法，建立了声波激振下转子叶片振动分析的有限元模型。构建了4种声波辐射场中转子叶片的振动分析问题。数值计算的结果与实验测试的结果接近一致，表明高强声波对转子叶片应力贡献起到一定的作用，这种作用随声波强度的增加，声源距离的减小而增加，这为今后进一步定量分析高强声波对转子叶片的作用以及有限元建模提供了参考和借鉴。 

　　参考文献： 

　　[1]Li ke'an， Xiao Han， Cui Rongfan. Bifurcation control of nonlinear oscillator in primary and secondary resonance[J]. Journal of Central South University of Technology，2007，14（6）：826-831. 

　　[2]Holehouse I. Sonic fatigue of aircraft structures due to fan noise[J]. Journal of the Acoustical Society of America，1970，47（1）：115-123. 

　　[3]林左鸣，李克安.杨胜群.航空发动机压气机转子叶片声激振试验研究[J].动力学与控制学报，2010，8（1）：12-18. 

　　[4]林左鸣，李克安，杨胜群.航空发动机转子叶片的声波激振机理探讨[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2009，22（3）：47-51. 

　　[5]曹志远.板壳振动理论[M].北京：中国铁道出版社，1989. 

　　[6]杜功焕，等.声学基础（第2版）[M].南京：南京大学出版社，2001.