Page 73 - 理化检验-物理分册2024年第十期

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试验技术与方法 DOI:10.11973/lhjy-wl240154

一种航空发动机转子叶片振动特性及疲劳试验方法

吴 琼 ，邓 瑛 ，邓武警 1,2,3 ，何斌策 1
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（1.中国航空制造技术研究院，北京 100024；2.塑性成形技术航空科技重点实验室，北京 100024；

3.数字化塑性成形技术与装备北京市重点实验室， 北京 100024）
摘 要：对一种航空发动机转子叶片开展振动特性和疲劳试验方法研究，通过理论计算和试验验
证获得叶片前3阶弯曲振动频率，并在1阶弯曲振动模态下获取叶片所受应力与叶片自振频率、振幅
之间的关系。结果表明：该结构的理论、实测振动特性一致，试验件振动应力与振幅之间服从线性
变化规律，表明提出的试验方法有效，可为该转子叶片的研制提供疲劳性能数据支撑。
关键词： 转子叶片；振动特性；固有频率；高周疲劳；有限元；3阶弯曲振动频率
中图分类号：TG115.5；TB31 文献标志码：A 文章编号：1001-4012(2024)10-0057-05

A method for vibration characteristics and fatigue test of aero-engine rotor blades

WU Qiong , DENG Ying , DENG Wujing 1,2,3 , HE Bince 1
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(1. AVIC Manufacturing Technology Institute, Beijing 100024, China; 2. Aeronautical Key Laboratory for Plastic Forming
Technologies, Beijing 100024, China; 3. Beijing Key Laboratory for Plastics Technologies and Equipment, Beijing 100024, China)

Abstract: The vibration characteristics and fatigue test methods of an aero-engine rotor blade were studied. The
first three order bending vibration frequencies of the blade were obtained by theoretical calculation and experimental
verification, and the relationship between the stress of the blade and the natural frequency and amplitude of the blade
was obtained under the first order bending vibration mode. The results show that the theoretical and measured vibration
characteristics of the structure were consistent, and the vibration stress and amplitude of the test piece obeyed the linear
variation law, which indicated that the proposed test method was effective and could provide fatigue performance data
support for the development of the rotor blade.
Keywords: rotor blade; vibration characteristic; natural frequency; high cycle fatigue; finite element; third-order
bending vibration frequency

航空发动机叶片是发动机的主要零部件之一， 应力振动试验，对振动特性进行了研究，得到了应力
[5]
其可靠性关系到发动机的性能。由于发动机叶片往 与振幅、频率之间的关系。朱大巍等 将叶片和夹
往在高速、高压气流等恶劣条件下工作，在复杂交变 具组合起来进行力学简化，采用梁模型模拟了叶片
载荷的作用下，叶片断裂故障不可避免 。振动疲 及夹具的安装，获得夹具的振动放大特性，并在此基
[1]
劳断裂在叶片故障中占有较大比例，是影响发动机 础上进行参数分析，讨论了各参数对夹具振动放大
工作可靠性的主要因素之一。叶片的振动特性决定 能力的影响。都亚仙等 [6-8] 对TiAl低压涡轮叶片振
[2]
了叶片工作的安全性、可靠性及使用寿命 。 动疲劳考核后的断裂情况进行分析，为TiAl叶片的
已有众多专家学者基于航空发动机叶片及材料 设计改进及装机应用提供参考。已有学者对叶片振
振动疲劳试验方法，对叶片振动疲劳性能的准确预 动特性及基于航空发动机叶片和材料振动疲劳试验
测和提升进行了研究。杨文鑫等 [3-4] 在应用软件分 方法进行了一定的研究。笔者通过获取一种转子叶
析的基础上，通过在振动试验系统上对叶片进行高 片振动特性和疲劳性能数据，采用有限元仿真与试

验相结合的方式，对该型转子叶片进行了振动特性
收稿日期：2024-06-03
作者简介：吴 琼（1989—），女，硕士，高级工程师，主要从事结 分析和疲劳试验，结果可为该型转子叶片的研制提
构件振动疲劳试验工作，371977922@qq.com 供疲劳性能数据支撑。
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