Influence of temperature-induced material property changes on dynamic characteristics of engine dual-rotor system

Yanfei ZUO; Yiliu WU; Jie WANG; Kun FENG; Zhinong JIANG

doi:10.7527/S1000-6893.2022.26993

ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA >

2023 , Vol. 44 >Issue 7: 226993 - 226993

DOI: https://doi.org/10.7527/S1000-6893.2022.26993

Solid Mechanics and Vehicle Conceptual Design

Influence of temperature-induced material property changes on dynamic characteristics of engine dual-rotor system

Yanfei ZUO ,
Yiliu WU ,
Jie WANG ,
Kun FENG ,
Zhinong JIANG

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^1.Key Laboratory of Engine Health Monitoring-Control and Networking of Ministry of Education，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
^2.Academy of Aerospace Solid Propulsion Technology，Xi’an 710025，China
^3.China Aero Engine Vibration Health Monitoring-Control Joint Lab，AVIC Shenyang Engine Design Institute-Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

E-mail： jiangzn@mail.buct.edu.cn

Received date: 2022-01-25

Revised date: 2022-02-09

Accepted date: 2022-03-09

Online published: 2022-03-22

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Abstract

To explore the influence of material property changes caused by temperature variation on the dynamic characteristics of dual-rotor systems under different working conditions， a joint analysis method was proposed to analyze the temperature and speed changes under different working conditions and the dynamic characteristics of dual-rotor systems. Through the engine performance equation， similarity principle and steady-state thermal analysis method， the temperature field of dual rotors under stable conditions was fitted， and the temperature field was combined with the finite element model of the rotor. The dynamic equation of the finite element stiffness matrix of dual-rotor system affected by the temperature field was derived. A thermal-solid joint analysis finite element model of a typical engine dual-rotor support system was established， and the changes of the natural frequency， modal mode shape， steady-state unbalance response and strain energy distribution of the dual-rotor system under different temperature fields were analyzed. The results show that with the increase of the operating conditions， the natural frequencies of the typical dual-rotor system decreased； the critical speeds of the system decreased accordingly， with a maximum decrease of nearly 10%. Excited by the unbalance of turbine， the average response amplitude near the maximum operating speed of the turbine related support was nearly three times larger than that at room temperature， showing that the temperature-induced material property changes have a great impact on the dynamic characteristics of dual rotors.

Key words： dual-rotor; steady-state thermal analysis; changes of material properties; rotor dynamic characteristic; strain energy

Cite this article

Yanfei ZUO , Yiliu WU , Jie WANG , Kun FENG , Zhinong JIANG . Influence of temperature-induced material property changes on dynamic characteristics of engine dual-rotor system[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023 , 44(7) : 226993 -226993 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2022.26993

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