考虑螺栓联接的转子系统振动特性分析

针对航空发动机转子振动问题,开展了螺栓法兰联接结构对转子固有特性及不平衡响应的研究。基于有限单元法,结合转子有限元模型及螺栓法兰联接结构的力学模型,建立了考虑螺栓法兰联接的转子动力学模型。基于Newmark-β法求解转子不平衡响应及固有特性,并利用ANSYS仿真软件对结果进行了仿真验证,得到了联接结构刚度对转子固有特性的影响规律。研究结果表明:转子第1阶固有频率对螺栓法兰结构的轴向刚度变化较为敏感;第2阶固有频率对螺栓法兰结构的径向刚度变化较为敏感;第3阶固有频率则对螺栓法兰结构的2种刚度变化均较为敏感;并且转子处的联接刚度会对转子的不平衡响应有一定抑制作用。     

螺栓联接结构振动特性有限元分析方法的研究

复杂的联接结构是由多个子结构组合而成,从而形成接触面。研究表明,其接触刚度显著影响系统的动力学特性。以螺栓联接结构的“L”形实验件为例,利用有限元软件建立了系统的粘结结合面模型和罚函数法接触模型,获得了系统固有频率以及振型,对比实验结果,分析了不同建模方式对系统振动特性的影响。     

螺栓预紧力对转子动力特性影响的研究

螺栓联接是转子的一种重要联接形式,螺栓预紧力的大小对转子结构的动力学特性有很大影响。首先根据转子螺栓联接结构的工作范围,确定合理的螺栓预紧力的数值。然后,通过Compbell图方法分析螺栓预紧力对转子临界转速数值的影响。最终通过瞬态动力学的方法验证了Compbell图方法计算的正确性。     

螺栓联接结构弯曲刚度优化设计

通过使用增强拉格朗日法模拟螺栓联接接触问题,并进行模态计算,所得的计算结果与模态试验结果有较好的一致性。对算例模型全参数化建模,分析影响螺栓联接结构抗弯刚度参数的灵敏度。最后,通过响应面方法对螺栓联接结构进行优化,使结构的弯曲刚度增加了0.92%。研究表明,在结构材料等参数不变的前提下,通过合理的进行螺栓联接结构设计,能够提高结构的弯曲刚度。     

螺栓孔的位置度误差对短精密螺栓连接结构装配力学特性的影响

为了研究螺栓孔的位置度误差对装配力学特性的影响,建立了考虑位置度误差的误差模型和有限元模型,研究了位置度误差对单个短精密螺栓连接结构的连接刚度和孔边应力的影响,建立了短精密螺栓组的位置度误差计算模型和有限元模型,分析了上、下被连接件的安装角度、第1颗螺栓的装入位置对短精密螺栓组结构的连接刚度的影响。研究发现:位置度误差对轴向刚度影响较小,对切向刚度影响显著,位置度误差在切向载荷方向的投影值是影响切向刚度的主要因素,螺栓孔的孔边应力在180°处达到最大,通过计算和比较位置度偏差的投影值与模长的标准差,得到了3种较优的螺栓装配方案。      

锥面螺栓联接结构承载能力的实验预测

本文用模型试验方法研究了以套齿 (花键)联接的某发动机高压轴的轴向承载能力,分析了双锥面定位联接结构的载荷—变形规律以及它们与传统的螺栓联接结构载荷—变形规律的区别,讨论了影响双锥面联接结构轴向承载能力的因素,同时对某发动机高压轴的承载能力进行了试验确定,并对其装配工艺提出了改进建议。      

基于试验和薄层单元仿真的接触阻尼识别方法

接触刚度和阻尼是影响螺栓连接的装配结构动力学特性的关键参数,为了实现接触刚度和阻尼的同时识别,在前期开展的螺栓连接结构接触刚度识别的基础上,提出一种基于试验和薄层单元仿真的接触阻尼识别方法。通过在单螺栓连接结构中巧妙引入试验垫片,通过试验获得有界、对称且均匀接触状态下结构的固有特性与动态响应;进而建立模拟接触面刚度与阻尼的薄层单元,并仿真获得结构的动态响应特性;通过结构固有频率测试与仿真结果构建误差函数实现接触刚度识别,通过动态响应测试与仿真结果构建误差函数实现接触阻尼的识别,进而获得接触刚度与阻尼随接触法向力变化的模型。结果表明,接触刚度随法向力非线性增大而接触阻尼则非线性减小,当法向力较大时,接触刚度和阻尼趋于稳定。研究结果为接触刚度和阻尼的同时识别提供了一种行之有效的方法,识别平均误差分别为4.5%、14.8%,所识别的刚度和阻尼以合适的薄层单元形式,可直接应用到包含多接触面的装配系统动力学分析中。     

考虑螺栓连接的航空发动机管路建模及振动特性分析

为了建立考虑真实卡箍结构影响的管路系统动力学模型、获取结构设计参数和装配参数等对管路系统动力学特性的影 响规律,以航空发动机外部管路为研究对象,考虑金属橡胶卡箍螺栓拧紧力矩的影响,基于ANSYS有限元软件建立了包含螺栓连 接的管路模型。通过模态试验及基础激励响应试验验证了有限元模型的准确性。进一步分析了螺栓拧紧力矩、卡箍跨距及管体 长度对双卡箍管路系统固有频率的影响规律。结果表明：拧紧力矩的增大导致管路的固有频率的提高,针对本研究模型,在拧紧 力矩达到8 N·m以后,管路固有频率逐渐趋于稳定;拧紧力矩对不同长度管路的固有频率影响不同,管路越长,拧紧力矩的作用越 弱,即卡箍的支承刚度对管路固有频率的影响越弱。     

机匣螺栓连接分区域薄层单元建模方法

机匣连接的螺栓预紧力大小对其动力学特性影响较大。为更准确反映其接触刚度随预紧力的变化情况,采用分区域薄层单元方法代替螺栓连接部分,并基于螺栓连接超模型刚度理论、赫兹接触理论以及M-B分形模型,推导出不同螺栓预紧力下分区域薄层单元的弹性模量,模拟机匣连接部分的轴向接触刚度,给出螺栓连接机匣简化建模方法。并以1个螺栓连接试验机匣为例,对比在不同螺栓预紧力下机匣仿真频率与模态试验频率,最大误差仅为2.83%。结果表明:分区域薄层单元建模方法能够有效地对不同预紧力下的螺栓连接机匣进行简化建模。     

接触特性对非连续性转子热致振动的影响

针对燃气轮机转子的非连续性结构间存在的接触特性,根据微凸体理论引入接触刚度和接触热阻的等效模型,建立了某型燃气轮机非连续性转子的动力学模型,分析了接触参数对转子稳、瞬态动力学特性的影响,研究了螺栓松动引起的转子热变形及其对转子快速启动过程中振动特性的影响.结果表明:预紧力、接触面的表面粗糙度和螺栓个数对转子临界转速有一定的影响,螺栓松动导致转子在启动过程中瞬态热变形最大达到7μm,过1阶临界转速时引起的转子最大响应幅值增大约30μm.在非连续性转子系统的热致振动特性分析当中,不应忽视接触参数、接触刚度和接触热阻的影响.