航空发动机连接结构刚度非线性及其对转子动力学影响

【类型】学位论文

【作者】樊宁 

【关键词】 航空发动机连接结构 刚度 有限元方法 区间分析 稳态响应

【摘要】航空发动机转子系统由很多连接结构将轴与轴、轴与盘连接在一起，较为常见的有套齿连接结构和短螺栓连接结构，在转子力学特性计算中通常忽略连接结构接触面将其作为整体结构处理。本文研究考虑接触面的情况下，连接结构刚度变化的机理、刚度的变化规律及其对转子动力学的影响，为连接结构的设计研究提供参考。主要工作内容如下：首先，在受力分析的基础上，利用材料力学和接触力学建立套齿连接结构和螺栓连接结构弯曲刚度的力学模型。力学模型解释连接刚度非线性产生机理的同时，初步确定连接结构刚度的影响参数。其次，以简单螺栓连接结构为例介绍了螺栓连接结构的高精度有限元建模方法，研究该结构弯曲刚度的主要影响参数和影响规律。通过接触面间接触应力的分析，从静强度的角度得到了连接结构最大承受外载荷。在此基础上，对某先进发动机上较为复杂的短螺栓连接结构弯曲刚度的变化规律进行了对比研究。再次，以简单套齿连接结构为例建立了套齿连接结构的高仿真有限元建模方法，计算分析了套齿连接结构刚度主要影响参数及变化规律，并从静强度的角度得到了连接结构最大承受外载荷。用同样的建模方法，研究了F110-GE-129EFE和某先进发动机的套齿连接结构的弯曲刚度变化规律和最大静载荷，一方面通过当量刚度对比了结构形式对连接刚度大小及其变化规律的影响，另一方面对比不同结构承力能力。最后，以带有螺栓连接结构和套齿连接结构的典型涡扇发动机反转双转子系统为研究对象，利用有限元方法分析其固有振型。将前面连接结构计算得到的刚度变化考虑到转子系统中，利用转子系统稳态响应区间分析方法对该转子系统稳态不平衡响应进行了计算，得到考虑连接结构刚度时转子典型位置的响应区间。结合转子系统固有振型，分析连接结构刚度对稳态响应的影响。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】洪杰

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