涡轮转子无螺栓挡板过渡态热固耦合响应分析

采用有限元方法间接耦合方式分析航空发动机涡轮转子过渡态热和变形响应,获取无螺栓挡板过渡态热与机械载荷共同作用下涡轮转子的温度场、变形和应力历程。结果表明,过渡态下的无螺栓挡板与涡轮盘径向配合面受力及挡板自身应力分布均与稳态下的差异明显,且过渡态无螺栓挡板应力峰值大于所有稳态值。为保证涡轮转子无螺栓挡板过渡态下工作安全可靠,应关注其过渡态响应特性。此结论可为航空发动机涡轮转子无螺栓挡板过渡态响应分析与无螺栓挡板设计提供工程参考。     

机匣横向安装边螺栓联接结构应力分析

航空发动机机匣多采用安装边螺栓联接结构。为了准确模拟安装边螺栓联接结构对航空发动机机匣的影响,本文利用ANSYS Workbench有限元软件对安装边螺栓联接结构进行仿真计算,应用有限元软件中的预紧力施加模块模拟螺栓的预紧力。通过选择一组不同预紧力大小进行计算,得到预紧力与安装边螺栓联接结构处等效应力及应力强度的关系曲线;通过有限元计算,获得安装边厚度、安装边高度及螺栓位置对安装边螺栓联接结构应力的影响规律,为机匣螺栓联接结构设计提供了参考依据。     

薄壁机匣螺栓连接结构多目标优化设计

为增大薄壁机匣安装边螺栓连接结构强度、减小其振动和重量,以满足现代航空发动机更高性能的要求,对机匣结构参数进行了优化设计。选取安装边高度、安装边厚度、机匣厚度和螺栓个数为参数变量,结构质量、一阶固有频率和最大等效应力为目标函数,根据Box-Behnken方法设计的样本点和有限元计算结果建立二阶响应面模型,基于层次分析获取权系数,并利用遗传算法对机匣结构进行多目标优化设计。最后,针对优化后的结构进行模态试验和有限元验证。研究表明,模态试验结果与有限元计算误差小于6%,同时优化显著提高了一阶固有频率,使其结构质量和最大等效应力分别降低5.28%和13.64%,验证了本文提出的优化方法的有效性和可行性。     

带孔复合材料板和螺栓连接复合材料板的有限元计算分析

主要对带孔复合材料板和螺栓连接复合材料板的三维应力进行计算分析。通过计算分析发现 ,带孔复合材料板在受单向拉伸时 ,在相同载荷 (面应力 )作用下 ,复合材料板的厚度对板的强度影响不大 ,随着厚度的增加 ,板上最大应力值变化不大 ;对于带孔板而言 ,孔的形状对孔周边应力集中程度影响比较大 ,孔为椭圆孔 ,并且长轴方向与载荷方向平行时 ,孔边应力集中程度比较小 ;而当椭圆的短轴与载荷方向平行时 ,应力集中程度最大 ;孔为圆孔时 ,应力集中程度介于上面两种形状之间。对于多孔复合材料板计算发现 ,多孔板在受拉作用下 ,各个孔周围应力分布与孔的位置有关 ,在距离板边沿越近的孔 ,其周围最大等效应力值越大 ;对螺栓连接板而言 ,螺栓的材料参数对板的应力分布影响不大 ,板上最大应力都位于孔的右端稍偏下位置 ;螺栓连接复合材料板在相同的载荷作用下 ,板上最大等效应力值随螺栓的弹性模量的增大也相应增大     

带密布气膜冷却孔的涡轮叶片等效应力分析方法研究

以带气膜冷却孔的航空燃气涡轮发动机涡轮叶片为研究背景,引入了等效概念对密布小孔结构进行了详细的应力-应变分析。这种等效分析方法是把多孔材料转化为具有等效材料常数的等效实体材料。根据MARC大型通用软件的线弹性及弹-塑性有限元应力分析结果,将小孔效应转化为等效弹性常数及等效应力-应变曲线。最后以某发动机高压涡轮工作叶片为例,将得到的等效材料参数引入到叶片的有限元强度计算中,从而得到考虑密布孔影响的涡轮叶片应力应变场,并通过子模型计算得到更为准确的孔边最大应力。     

无螺栓后挡板与叶片接触压力的分析

以有限元分析平台为基础, 寻求了涡轮和无螺栓挡板之间的过盈量与涡轮转速、无螺栓后挡板前后气体压力差、叶片对无螺栓挡板压力三者的变化规律.利用最小二乘法拟合出上述变化规律的方程, 通过涡轮与无螺栓挡板之间的变形协调关系, 归纳出转速、无螺栓后挡板前后气体压力差和无螺栓挡板能提供的压力这三者关系方程.      

温度载荷下装药内外径比和长径比对结构完整性影响的规律研究

在固体火箭发动机装药设计中通常将药柱的外径与内径之比定义为m数(m=R/r)为研究装药设计参数m数和药柱长径比在温度载荷下对装药结构完整性的影响, 采用基于Total Lagrangian方法的热粘弹性大变形增量本构关系, 通过选取9种m数以及8种药柱长径比, 共72个计算模型, 对装药结构完整性进行了计算, 结果表明温度载荷下药柱最大Von Mises等效应力、应变值受药柱m数以及长径比共同影响.并得出当长径比大于3时, 药柱最大等效应力、应变值主要取决于m数的结论.      

温度载荷下带筋套管形装药结构完整性分析

为了分析带筋套管形装药在低温多次出现点火爆炸的原因，基于Updated Lagrangian方法，推导了热粘弹性大变形增量本构关系。在分析瞬态温度场的基础上，进一步给出了热应力应变分布，指出了危险点位置。通过选取十二种热膨胀系数以及十四种肉厚系数，对推进剂药柱进行了结构完整性计算，得出热膨胀系数与最大等效应力应变成线性关系，而肉厚系数与最大等效应力应变之间成指数函数关系的结论。结果说明：肉厚系数的选择对固体火箭发动机装药保持结构完整性有重要影响。     

电缆密封结构的有限元分析

针对新型电缆密封结构的密封挡板、密封结构板、橡胶密封板及其连接螺栓建立了有限元模型,考虑了几何、边界及材料非线性因素,计算了模型在螺栓预紧力和气压作用下电缆密封结构的应力和变形,校核该结构的强度是否满足设计要求。结果表明,密封结构的局部出现屈服,需更换更高强度的材料;密封结构密封性能良好,密封性能试验验证了计算结果的合理性。     

基于BOSS平台的热力耦合场涡轮盘优化设计

在考虑涡轮盘工作条件下受热及叶片和榫块离心力的基础上,利用ANSYS对某航空发动机高压涡轮盘轴对称模型进行了有限元分析,并利用BOSS优化平台对其进行了结构形状优化.结果表明,通过优化能减轻涡轮盘重量,降低涡轮盘的最大等效应力;设计结果能满足强度要求.     

某型发动机涡轮盘销钉孔结构分析与寿命评估

利用有限元方法计算了某型发动机涡轮盘径向销钉孔的应力应变分布, 分析了不同销钉数目、孔销之间的不同摩擦系数和涡轮盘是否施加扭矩对销钉孔周边应力的影响, 发现了前期试验状况与实际使用的差异.利用拉伸应变能寿命预测公式进行了寿命评估, 与试验有较好的一致性.有限元计算及试验结果说明了涡轮盘加扭疲劳试验的必要性, 为某型发动机高压涡轮盘的延寿工作提供了依据.      

某型航空发动机后支承动刚度的有限元计算

支承动刚度是影响发动机振动特性的主要因素之一,但目前航空发动机支承结构的刚度系数一般只能靠经验给出一个范围,这严重影响到转子动力特性计算结果的准确性。根据某型航空发动机的实际结构,建立发动机后支撑结构的动力学模型,应用有限元软件MSC.Nastran进行频率响应计算,再由所得位移曲线求出相应的动刚度曲线。本文所采用的计算方法和得到的结果对发动机转子动力特性的研究具有一定的参考价值。     

多轴疲劳理论在航空发动机零部件寿命预测中的应用

由于航空发动机主要零部件结构形状及工作环境复杂，工作时承受多种类型的循环载荷，寿命考核部位有可能处于多轴应力状态，因此寿命预测分析需要考虑多轴应力状态的影响。近些年由于疲劳试验技术的提高，多轴(或双轴)疲劳研究取得较快的进展，并逐步应用到工程实际当中。在对航空发动机主要零部件工作中的应力状态进行分析的基础上，应用局部应力应变的近似计算方法及多轴疲劳寿命预测模型对航空发动机轮盘进行寿命预测，并与单轴结果进行了比较。     

航空发动机限寿件批准寿命适航验证方法

以传统的安全寿命法为基础,研究了航空发动机限寿件批准寿命适航验证流程和审定要素.以限寿件适航要求和咨询通告符合性方法为指导,借鉴航空发动机通用规范对关键件的定寿管理方法,从计算分析验证和试验验证给出限寿件批准寿命适航符合性验证的流程和方法.以典型的民用航空发动机为例研究了限寿件的判定准则.从限寿件结构危险点的判定方法、载荷谱的处理和应力分析给出了限寿件批准寿命计算分析验证的关键技术;从试验条件、试验温度方案、试验应力系数和散度系数的获取给出了限寿件批准寿命试验验证的关键技术.为航空发动机限寿件批准寿命适航审定提供指导方法,也为中国民用航空局编制航空发动机限寿件适航咨询通告提供参考依据.      

某航空发动机火焰筒在动载荷下的频率响应分析

在火焰筒中由于燃烧不均匀产生的脉动,会形成一个较宽频率范围的声激振动,受这种振动的影响火焰筒可能在某一个固有频率下激振,如果激振所造成的振动应力足够大,将产生高循环疲劳破坏,最终导致火焰筒局部壁面脱落[1].因此研究发动机火焰筒在动载荷下的频率响应十分必要.利用UG软件建模和ANSYS动载荷分析软件,计算求出某航空发动机火焰筒的前十阶固有频率和振型.对火焰筒在0～1000Hz的激振频率下进行频率响应分析,分析结果对火焰筒设计和排故有一定参考作用.     

New model-based method for aero-engine turbine blade tip clearance measurement

Active control of aero-engine turbine tip clearance is one of the best chances for engine performance uplift currently. To do that, the first requirement is real-time measurement of tip clearance in aero-engine working environment. However, turbine complexity makes it unlikely for tip clearance sensors to be loaded. In recognition of that, this paper proposed a model-based method for tip clearance measurement. Firstly, by considering previously wrongly neglected factors such as load deformation, a mathematical model to monitor dynamic tip clearance changes is built to improve calculation accuracy. Then, after clarifying the coupling relationship between engine models and tip clearance models, this paper builds a component-level mathematical model integrating dynamic characteristics of turbine tip clearance, which helps realize accurate measurement of tip clearance in working environment. How tip clearance affects turbine efficiency is studied afterwards and reported to aero-engine model, so as to mitigate performance difference between aero-engine model and real engines caused by turbine tip clearance. Lastly, by hardware-in-the-loop simulation, tip clearance model demonstrates 15.9% better accuracy than previously built models in terms of turbine centrifugal deformation calculation. As tip clearance measurement model takes averagely 0.34 ms in calculation, meeting the operation requirement, it proves to be an effective new way.     

进气温度畸变对某发动机稳定性影响的研究

本文采用有效的畸变传递模型，就进气温度畸变对某发动机稳定性和性能的影响进行了较深入的数值研究．详细地分析了温度畸变对发动机稳定性和性能的影响，探讨了温度畸变在发动机系统中的传递和分布情况。结果表明：对于发动机进口空间温度畸变，发动机稳定裕度损失更多地取决于畸变强度而非周向范围：向对于与时间相关的温度畸变，发动机进口温升率比周向范围的影响更为显著。     

某型航空发动机低压涡轮盘的强度计算

根据某型航空发动机低压涡轮盘的实际结构进行有限元建模,并根据涡轮盘的载荷特点,采用循环对称基本理论对其1/64扇区的载荷进行了计算.对涡轮盘的离心负荷的热弹性应力进行了综合考察与分析,计算得出最大应力集中发生在涡轮盘中心孔处,对进行同类型的涡轮盘强度分析与寿命计算具有借鉴作用.     

航空发动机飞行任务剖面统计规律研究

采用某型教练机发动机的实测飞行数据,以飞行剖面转速循环中的主循环为当量疲劳损伤特征,进行了飞行任务剖面统计规律的研究,重点研究不同飞行员操作所造成的损伤差异。研究表明:由于飞行员驾驶水平的不同,相同飞行任务对发动机造成的低循环疲劳损伤呈正态分布,但不同飞行任务正态分布的统计参数是不同的,这种差异不会因为飞行员操作水平不同而显著改变。      

Semi-analytical model for flat indentation of metal materials and its applications

The increasing use of small material components in a wide range of industrial fields necessitates the development of an accurate and robust indentation testing method. To this end, this paper proposes an Energy-density-equivalence for a Flat Indentation (E-FI) model based on the energy density equivalent principle. The proposed model describes the relationships among the material parameters of Hollomon’s power law (H-law), flat indenter diameter, energy, and indentation displacement. An E-FI Method (E-FIM) that determines the H-law parameters of materials through the indentation test is also developed. The energy-displacement curves forward-predicted by the E-FI model (based on known H-law parameters of materials) and the H-law parameters of materials given by the E-FIM (based on known energy-displacement curves) are consistent with the results of Finite Element Analysis (FEA) and the H-law parameters of materials used as the input for FEA, respectively. Using E-FIM, the goodness of fit for both stress–strain curves with H-law, predicted based on the displacement with 2% signal interference, and that for stress–strain curves without interference is more than 0.98. The stress–strain relations predicted by E-FIM were consistent with the results obtained via uniaxial tensile tests of ten ductile materials.