鼠笼式弹性支承结构参数分步优化设计方法

为进一步提高鼠笼式弹性支承结构支承刚度设计的准确性,同时最大限度地减小鼠笼受到的最大应力,在相关研究的基础上,基于参数化建模思想,并结合有限元优化技术提出分步优化设计方法.采用鼠笼式弹性支承的刚度和应力计算公式并结合加工装配条件初定1组满足设计要求的结构参数值;建立鼠笼式弹性支承的有限元优化模型,并将初定的结构参数值代入到有限元优化模型作为优化的初始迭代值,同时以鼠笼笼条的长度和厚度为优化参数,经过迭代计算得到满足工程需求的结构参数.该方法可提高设计精度,节省设计时间.最后,结合具体算例验证了优化设计方法的有效性和实用性.     

鼠笼式弹性支承的柔度计算及影响因素分析

鼠笼式弹性支承常用于现代航空发动机调整临界转速以实现振动抑制。针对理论公式在工程应用中预测柔度较小的 鼠笼式弹性支承的柔度时存在一定误差的问题，基于有限元法进行了鼠笼式弹性支承柔度数值计算。讨论了弹支数值仿真计算 边界条件的合理性，分析了笼条根部倒圆、非笼条鼓筒及工艺简化导致笼条截面形状改变等因素对鼠笼式弹性支承柔度的影响； 将非笼条局部增大刚度模型的仿真计算结果与理论公式计算结果进行了对比，以验证有限元数值计算的可靠性。结果表明：由 非笼条局部增大刚度模型得到的数值仿真计算结果与理论公式得到的理论解吻合很好；理论公式未考虑的非笼条鼓筒部分、笼 条根部倒圆等因素对柔度预测有一定的影响。采用有限元数值仿真方法进行弹支结构的柔度设计，可以克服理论解析方法无法 考虑倒角等结构细节特征影响的局限性，从而获得更逼近真实条件的鼠笼式弹性支撑结构设计方案。     

串联式鼠笼弹性支承高周疲劳性能试验

为评估弹性支承高周疲劳性能,根据某航空发动机串联式鼠笼弹性支承系统结构,设计了一套弹性支座疲劳试验件和试验参数测试方法,对弹性支座的高周疲劳性能进行试验研究。经试验验证,所设计的试验方案可以更好地模拟发动机工作状态下弹性支座的受力状态,试验过程中的载荷调节和控制更直接、便捷,为发动机弹性支承的疲劳寿命设计提供了方法支持。     

组合弹性支承结构的设计与试验研究

组合弹性支承是鼠笼式弹性支承加弹性环（内部充油）的一种支承结构形式，鼠笼起调整支承刚度和定心弹簧的作用；而滑油在压力的作用下，通过弹性环上的阻尼孔，产生节流损失，以提供支承的阻尼。本项研究从影响支承动力特性的各种因素着手，开展设计及试验验证。试验表明，该弹性支承既能起到良好的调频和减振效果，又能起到良好的定心作用。     

某涡喷发动机前轴承弹性支承试验模态分析

用脉冲激励法对某发动机前轴承弹性支承进行了试验模态分析,并介绍了试验模态 方法和设备,所得模态分析结果表明,相干函数值均大于０．９,弹性支承的固有频率,振型符合发动机结构设计要求。     

金属橡胶阻尼器在转子系统中的应用

对带鼠笼式弹支和金属橡胶阻尼器的氢涡轮泵转子进行了试验研究。作为组合支承,金属橡胶阻尼器有它独特的优点,应用在氢涡轮泵转子上,其减振效果很明显。从接近一阶临界转速的试验来看,加阻尼器时转子系统的振动较未加阻尼器可降低90%左右。并与理论计算结果进行了对比,对比表明,其中两个临界转速点有很好的一致性。与其它类型的减振器相比,其制作工艺、安装条件几乎不受任何限制。      

弹性支承和PSFD在中推预研核心机上的应用

根据中推预研核心机转子动力特性的理论分析结果，为其设计了弹性支座和多孔质挤压油膜阻尼器（PSFD），以调整其临界转速并控制振动，将弹性支承和PSFD安装在该核心机上进行试车的结果表明，理论计算与试验结果非常一致，临界转速调整了预期值，阻尼器的减振效果显著。     

弹性支承下弧齿锥齿轮齿面接触特性的理论与实验研究

航空发动机采用弹性支承后,转子弹性变形会造成主传动弧齿锥齿轮相对位置的变化,从而影响齿面接触性能。针对某型涡喷发动机转子系统,分析求解了弹性支承下齿轮安装处的变形,并将其等效地转化为齿轮副间的安装距偏差,在此基础上,完成了弧齿锥齿轮齿面接触特性分析。在转子系统模拟试验台上,对发动机主传动锥齿轮接触性能进行了实验研究。分析与实验结果同时表明支承刚度对齿面接触区和传动误差皆有很大影响。     

支承结构参与振动对涡轮泵转子动特性的影响

针对采用弹性支承结构的高转速涡轮泵转子,建立了考虑支承结构参与振动的转子系统有限元模型,并对模型和计算方法的正确性进行了验证;以某涡轮泵转子为对象,采用三种不同的支承结构模型,计算分析了支承结构模型的差异,以及参与振动的支承结构质量对临界转速和模态振型的影响,并将临界转速计算和试验结果进行了对比分析。结果表明：支承结构的建模方法和参与振动的质量都对转子动特性有较大影响;支承结构参与振动会使转子支承动刚度相比静刚度明显降低,其中二阶临界转速下的动刚度相比静刚度降低达20.6%;考虑支承结构参振的转子动力学模型可将临界转速计算误差由8%降低至2%左右。     

球轴承接触疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

以线弹性力学及连续损伤力学为基础,构建球轴承接触疲劳的损伤演化方程。利用轴承钢GCr15扭转疲劳试验数据拟合得到损伤演化方程中的材质参数。通过该方程预估轴承钢GCr15的扭转疲劳寿命,其结果与试验数据吻合。采用ABAQUS有限元分析软件仿真得到6206球轴承的接触应力分布并分析了6206球轴承最大接触应力区。根据6206球轴承的载荷及应力应变状态将最大接触应力区简化为二维平面应力模型。在此基础上预估了6206球轴承的接触疲劳寿命。设计并进行了6206球轴承疲劳强化试验。轴承接触疲劳剥落都萌生于内圈,与应力仿真分析结果相契合。三个试验轴承的试验与预估接触疲劳寿命的相对误差分别为29.52%、3.03%和51.16%,验证了接触疲劳寿命预估方法的有效性。研究表明采用损伤力学预估球轴承的接触疲劳寿命是工程中可行且实用的方法。      

基于整体-局部技术的鼠笼式弹性支承疲劳强度分析

基于M sc.Patran/Nastran有限元分析软件,使用从整体到局部的有限元分析方法,对某型航空发动机减振用鼠笼弹性支承进行了疲劳强度分析。该分析方法克服了传统方法中对有限元模型的规模与精度难以兼顾的缺点,为分析工程中复杂构件的强度提供了1条新的思路。     

弹性支承下圆柱滚子轴承保持架稳定性分析

基于滚动轴承动力学及结构力学理论,考虑轴承柔性套圈的弹性变形,建立了弹性支承下高速圆柱滚子轴承动力学分析模型,研究了弹性支承的结构参数与轴承工况参数对圆柱滚子轴承保持架稳定性的影响。研究结果表明:（1）与刚性支承相比,弹性支承可明显提高圆柱滚子轴承保持架运动稳定性。当弹性支承具有较少的沟槽数和较薄的圆弧梁时,圆柱滚子轴承保持架稳定性更高。具体表现为保持架相图轨迹更加规则,保持架振动更低,保持架打滑率更小。（2）载荷和转速对弹性支承下圆柱滚子轴承保持架稳定性影响显著。径向载荷较大、转速较低时,弹性支承下圆柱滚子轴承保持架稳定性较高。相反,径向载荷较小、转速较高时,弹性支承下圆柱滚子轴承保持架稳定性变差。      

加强盘式转子支承设计技术

针对航空发动机高速转子支承结构设计难点,以某加强盘式结构的高压压气机试验件为研究对象,基于该试验件具有转子跨距长、质量大、轴向力大的设计特点,分析转子支承方案设计要求和转子动力特性影响因素,总结了转子支承设计技术特点和需求条件;开展支承方案的确立及筛选设计,采用通过理论和数值计算分析优选出的1-1-1型支承方案,综合优化支点跨距、转子质量、支承刚度和支点阻尼4个设计变量,满足全转速范围内的性能录取需求。结果表明:优化方案在工作转速范围内存在2阶临界转速并均处于性能录取转速以下,应变能分别为9.3%和16%。试验件最终顺利完成了全部转速下的性能参数录取,在试验过程中运行平稳,整体振动水平较低,轴向力始终处于轴承承载范围,验证了转子支承方案的合理性。     

涡轮盘关键部位多圆弧设计及多变量优化

为得到质量最低且满足设计准则要求的涡轮盘结构形式，研究了多圆弧过渡对涡轮盘关键部位应力的影响。提出了双圆弧和三圆弧结构设计方案并推导了几何关系，为过渡圆弧的改进与优化提供了理论上的支持。通过有限元计算，获得了多圆弧结构参数对涡轮盘应力的影响规律。基于ANSYS Workbench优化平台及参数化建模技术，筛选了优化设计变量，以涡轮盘总质量最小为优化目标，以等效应力为约束对涡轮盘关键部位进行了多变量优化。结果表明:经过优化设计，两个关键部位的最大应力分别降低662%和11.40%，涡轮盘的质量减小0.16%。本文的研究结果为涡轮盘的多圆弧设计和工程应用提供了有益参考。      

航空发动机空气管路应力优化设计

针对航空发动机空气管路系统受载应力及应变过大的问题,对该系统进行3维全尺寸弹塑性分析,讨论了载荷加载过程对应力应变的影响;对应力较大部位采用结构分解方法建立优化模型,进行管路部件应力优化,获得三通结构尺寸优化结果;利用参数灵敏度分析结果选择合适的设计变量,建立系统管线优化模型,补偿热-位移载荷产生的附加应力。优化结果显示,最大总应力降低5.49%,附加载荷应力降低12.28%。验证了方法的有效性。     

基于试验设计及支持向量机的向心叶轮结构优化设计方法

针对向心叶轮结构优化设计耗时长的难点,研究并采用了2类关键技术:其一是利用试验设计技术从大量的轮盘结构尺寸中挑选出重要尺寸作为优化设计变量,以减小优化问题规模;其二是利用支持向量机技术建立向心叶轮强度及振动分析的代理模型,以缩短分析时间.在以上研究工作的基础上建立了1种快速高效的向心叶轮结构优化设计方法.随后的1个算例表明:优化后的叶轮寿命提高4倍,优化设计时间为传统方法的1/27,具有良好的工程应用前景.      

压电陶瓷弹性支承干摩擦阻尼器减振实验

设计一种带有压电陶瓷执行机构的弹性支承干摩擦阻尼器,对其减振效果进行了实验验证.首先介绍了弹性支承干摩擦阻尼器的基本工作原理,接着回顾了一种电磁铁作动方式的弹性支承干摩擦阻尼器,提出了将压电陶瓷运用于其执行机构的方案,该方案可简化其结构,减少其质量,最后对该方案的减振效果进行了实验验证.结果表明:带有压电陶瓷执行机构的弹性支承干摩擦阻尼器对转子系统的振动具有明显的抑制作用,转子经过临界转速点的振幅最大减小约66%,并且与原阻尼器相比,结构更简单,质量减少一半,且功耗仅为5W.      

支撑随机刚度参数模拟试验装置的设计

利用电磁力随电磁场强度变化而改变的原理,设计电磁支撑与机械支撑并联的试验装置,实现机械系统支撑刚度参数随电磁场强度的变化.通过对试验装置数学模型的研究和线性化分析,给出了通过控制电流的随机改变实现机械系统支撑刚度参数随机变化的四个设计准则.线性化准则可保证机械系统支撑刚度的线性特性;线性随机准则能确保支撑刚度参数与随机控制电流间的线性关系;随机分量显著准则使得支撑刚度具有明显的随机特征,便于试验研究;综合刚度为正的设计准则,能够保证试验系统的稳定性.根据这些设计准则,制成了具有随机刚度支撑参数的模拟试验装置.试验表明,使用该试验装置可以较好地实现支撑刚度参数的随机模拟.