一种约束阻尼航空发动机叶片的拓扑优化方法

摘要

一种约束阻尼航空发动机叶片的拓扑优化方法，采用轻质铝箔作为约束材料，在航空发动机叶片表面上依次粘贴粘弹性材料和约束材料，对叶片进行约束阻尼处理，建立约束阻尼叶片的有限元模型；根据约束阻尼叶片的有限元模型，对约束阻尼叶片进行模态分析，采用独立网格滤波技术对约束阻尼胞单元的灵敏度进行滤波；采用渐进优化算法，求解优化模型，编制优化程序，搜寻约束阻尼材料在叶片上的最优布局，并对优化布局进行裁剪和规整，以适合工程应用。本发明的优点实现了以最小的阻尼材料附加质量，达到最大的航空发动机叶片阻尼减振效果的目标，使航空发动机叶片的振动应力显著下降，提高了叶片抗疲劳损伤的能力。

主权项

一种约束阻尼航空发动机叶片的拓扑优化方法，其特征在于：所述的约束阻尼航空发动机叶片的拓扑优化方法，采用轻质铝箔作为约束材料，在航空发动机叶片表面上依次粘贴粘弹性材料和约束材料，对叶片进行约束阻尼处理，建立约束阻尼叶片的有限元模型；确定优化的目标阶次和约束阻尼材料使用量，建立约束阻尼叶片的拓扑优化模型：$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{find}:x_i,i=\mathrm{1,2}...n\\ \min :{\eta }_r,r=\mathrm{1,2,3}.\\ s.t:\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_i{M}_i-M^{*}\le 0\\ 0\le x_i\le 1,i=1,...n\end{array}\right.$其中，x_i为设计变量，η_r为r阶的模态损耗因子，M_i为约束阻尼胞单元的质量，M^*为约束阻尼材料的使用量；根据约束阻尼叶片的有限元模型，对约束阻尼叶片进行模态分析，采用灵敏度分析方法，计算每个约束阻尼胞单元的模态损耗因子灵敏度，采用独立网格滤波技术对约束阻尼胞单元的灵敏度进行滤波；采用渐进优化算法，求解优化模型，编制优化程序，搜寻约束阻尼材料在叶片上的最优布局，并对优化布局进行裁剪和规整，以适合工程应用。