航空发动机整机振动半实物仿真 模型研究

【类型】学位论文

【作者】赵斌 

【关键词】 航空发动机整机振动 转子动力学 子结构综合 有限元 模态分析

【摘要】整机振动超标是航空发动机研制过程中遇到的主要问题,航空发动机整机振动建模与仿真是预计航空发动机振动响应、优化其设计和装配、评估其振动状态、控制其振动超标的重要手段。然而,由于航空发动机结构复杂、整机振动分析存在仿真建模误差大、模型计算规模大、仿真运算速度慢等困难。本文研究了一种快速准确地分析航空发动机整机振动的方法,采用试验与仿真结合,在转子有限元模型中,综合机匣-支承动刚度试验数据,构造航空发动机整机振动的半实物仿真模型的方法,主要研究工作体现在:(1)讨论航空发动机整机振动半实物仿真模型建模方式,在研究结构附加动刚度作用形式及子结构综合法的基础上,提出了航空发动机整机振动半实物仿真模型,推导了半实物仿真模型建模方法及整机振动响应计算方法,总结建模流程;(2)利用带机匣的航空发动机转子试验器对航空发动机半实物仿真模型进行了有限元仿真计算验证。首先,采用软件分别建立了试验器整机模型及半实物2D及3D仿真模型;然后,分别计算整机结构频率响应函数及机匣测点振动响应;最后,对整机模型和半实物仿真模型的计算结果进行比较,两种模型的仿真计算结果达到了完全一致的效果;(3)利用带机匣的航空发动机转子试验器对航空发动机半实物建模方法进行了实验验证。首先,对带机匣的航空发动机转子试验器进行模态试验,测试支承频率响应函数并进行数据处理;然后,建立转子结构有限元仿真模型并进行模型修正;接下来,综合机匣-支承结构附加动刚度与转子仿真模型,建立试验器半实物仿真模型;最后,将半实物仿真模型的整机频响函数计算结果与整机实验结果进行对比,计算与实验达到了较好的一致性。研究结果表明:整机振动半实物仿真模型考虑了支承间的相互作用关系,将试验测试得到的机匣-支承数据综合到转子有限元仿真模型中,避免了复杂的机匣建模过程。实验和仿真结果表明,转子试验器的整机仿真模型和半实物仿真模型对机匣振动响应的计算结果相对误差在1%以内,而半实物仿真模型的计算效率远高于整机模型。比较结果充分表明了半实物仿真模型可以在保证计算精度的前提下大幅度提高计算效率,该模型可以推广应用于实际航空发动机的整机振动建模分析,具有很强的工程应用价值。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】南京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】陈果

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