航空发动机静子机匣螺栓连接结构优化设计与研究

【类型】学位论文

【作者】陈勇 

【关键词】 螺栓连接结构 航空发动机机匣 响应面法 有限元法 多目标模糊优化设计

【摘要】螺栓连接是航空发动机机匣之间普遍采用的一种连接方式。作为连接件，其强度和可靠性关系到包括被连接件在内的整个机匣乃至发动机的安全。而重量又关系到整个发动机的减重效果，影响到发动机的性能指标。在传统机匣结构设计中，大多采用基于设计准则和经验公式的校核计算方法。就安装边螺栓连接结构而言，虽然在某种程度上保证了结构的强度和可靠性，但往往造成材料的浪费，大多存在较强的应力集中，某些部件的材料强度有较大的裕量。因此，降低安装边螺栓连接结构的最大应力、保证结构的可靠性和减轻结构重量是急需解决的问题。本文将响应面法、有限元法和最优化方法有效的结合完成了某型航空发动机静子机匣安装边螺栓连接结构的多目标优化设计。首先，采用响应面法中的正交组合设计试验确定了安装边螺栓连接结构几何参数（诸如：安装边高度、厚度和螺栓的数量）的组合方案；其次，基于APDL语言，实现不同组合情况下螺栓连接结构的参数化建模和数值计算，得到对应的结构最大等效应力和质量的计算值；接着，通过对数值计算数据的回归分析，获得螺栓连接结构最大等效应力和质量的响应面模型；再次，通过多目标模糊优化设计方法，建立以最大等效应力、质量和可靠性指数为目标函数的多目标模糊优化设计数学模型，编程求得结构的最优几何参数和最优解；最后，对最优化设计结果进行了有限元分析和验证，以确保最优化方法的可行性。结果表明：多目标模糊优化的结果与有限元数值模拟的结果基本吻合；多目标优化后，螺栓连接结构的最大等效应力下降了18.3%，质量减轻了5.7%，可靠性指数变化不大，但都满足可靠度要求，从而使得结构的综合性能得到显著提高，为航空发动机机匣的结构优化设计和减重提供了设计方法和参考依据。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】沈阳航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】艾延廷

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