涡轮盘--涡轮叶片耦合振动机理、条件和基本模式

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什么是盘--片耦合振动

盘--片耦合振动实际上是盘或者转子与叶片刚度相近的情况下形成的整体振动，它是组件的固有特性。在静止条件下，它有自己的各阶固有频率、振型、振型阻尼和表面振动应力分布，称为静特性。

在旋转条件下，相应的各阶固有模态都有相应的旋转模态，共振转速和阻尼特性，称为动特性。

盘片耦合振动有两种基本振动模式：一种为节圆型振动，一种为节径型振动。高阶振动为这两种基本振型的负荷。在旋转状态下，节圆型振动不产生行波；节径型振动能产生行波并发生行波共振。虽然节圆、节径两种振动模式均能发生，但人们更关注节径型振动，因为大部分破坏均与节径型行波振动相关。

节径型行波振动的种类

对于节径型盘--片耦合行波振动，类似于轮盘行波振动，有前行波、后行波和驻波三种形式。行波振动，其节线相对于轮盘转动，因此大振动应力点沿圆周不断移动，从而造成多个叶片、榫头、轮缘槽或其他部位的破坏。经验证明，后行波是危险的。当后行波的后角速度精确地与旋转盘的前行角速度相等时，就成为驻波，这时轮盘上的节线相对于地而不动。产生驻波时的共振转速，称为驻波振动临界转速。

驻波的发生，对于盘--片系统危害很大，它不仅使盘--片系统上每个质点每转一周产生m 次（节径数）由大到小的交变应力循环，而且它还可以由零频率的激振力（恒定力）引起共振，因此，在盘结构设计中必须在发动机主要工况转速避开产生驻波振动的临界转速。

共振频率该如何识别

下图中，曲线1和2分别表示轮盘节径线m=3和4时的动频率曲线。曲线3和4分别表示轮盘节径线m=3和4时的轮盘前行波频率曲线。射线7和8分别表示1E和2E的激振线。曲线5和6表示后行波频率曲线，该两条曲线与横坐标的交点a，b即为出现驻波时的驻波临界转速。曲线5、6与7、8射线交点在横坐标的投影点g、h、i、j 就是后行波的共振转速。

同理，前行波3、4与射线交点对应的是前行波共振转速。d点则为节径m=3时的轮盘扇形振动的共振转速。

来源：DyRoBeS微信公众号（ID：dyrobes），本文来自经典教材。