冲击载荷作用下的锥壁失效仿真及试验验证

根据航空发动机支承锥壁结构受力特点,对风扇叶片飞失冲击载荷作用下的锥壁失效破坏机理进行了研究。利用显式动力学有限元仿真方法,对冲击载荷作用下的锥壁结构动态失效过程进行了瞬态分析。开展了对锥壁的落锤冲击试验,并与分析结果进行了对比验证。试验和分析结果表明:冲击载荷作用下锥壁减薄处破坏为剪切失效破坏。采用的显式动力学有限元仿真方法为准确模拟冲击载荷作用下的锥壁结构失效提供了一种可行的仿真手段,分析获得的峰值加速度与试验结果误差小于5%;利用GISSMO(generalized incremental stress state dependent damage model)可以准确预测锥壁减薄处断裂时间、断裂位置。经过试验验证的分析方法及失效模型可运用到风扇叶片飞失冲击载荷下的锥壁失效设计参数的确定,提高锥壁降载结构设计的精度。      

GEnx和Trent1000发动机流路与承力机匣对比分析

为了更好地了解大涵道比发动机的双转子布局和三转子布局的设计特点,选取了波音787客机的两款备选发动机GEnx和Trent1000作为对象开展对比分析.通过对两款发动机的内涵流路、承力机匣和转子支承3方面的设计特点对比分析,发现通过引入中压转子使得三转子布局的中压和高压转子的叶片机都获得了更有利的转速与结构尺寸;三转子布局在承力机匣和中、低压涡轮轴等结构比双转子发动机的设计更复杂;两种布局都无法解决风扇和低压涡轮最佳工作转速的矛盾.     

结构保险装置在大涵道涡扇发动机风扇叶片飞失中的应用

为研究风扇叶片飞失情况下结构保险装置设计,总结了国内外相关研究的手段和方法。为了能够从正向设计的角度认识结构保险的设计过程,回顾了结构保险的设计理论,分析了风扇叶片飞失典型适航条款要求和物理过程及该在过程中大涵道比发动机的受力情况。讨论了6种可能布置结构保险装置的位置,并从中总结出2种比较合适的布置方案,包括主要结构保险和次要结构保险的形式。研究结果表明:结构保险必须基于发动机结构和载荷的特点;单一的结构保险往往不能起到良好的效果,需要多个保险配合作用才能发挥效用;结构保险布置方案的选择不仅会影响其是否有效,还会产生其他连带的危险故障模式,必须在保险结构方案设计中仔细研究。     

风扇叶片飞失下的结构降载机理

利用简化的转子有限元分析模型,从转子临界转速、支点动态载荷响应和转子轴心轨迹等方面进行了有无降载设计的对比分析,研究了风扇叶片飞失下的结构降载机理。结果表明:由于1#支点的熔断设计,低压转子支承由3个支点变为2个支点,风扇振型的临界转速降低,使得风扇转子运行在超临界转速上,轴心轨迹半径减小,从而降低高转速下的载荷响应,同时该机理研究采用的方法可用于熔断结构载荷阀值范围的确定以及其降载效果的评估。      

叶片丢失后发动机整机响应模拟试验与仿真

依据大涵道比涡扇发动机结构设计了叶片丢失试验台,开展了一系列模拟叶片丢失试验,并采用显式有限元方法进行了数值仿真,研究了发动机叶片丢失后整机结构响应与载荷传递规律。结果表明:丢失叶片与机匣存在叶尖与叶身两次撞击,对应的加速度曲线存在两个响应峰值;转子转速越高,加速度响应幅值越大。叶片飞断后转子不平衡载荷传递路径为前轴承支承-中轴承支承-中介支板-机匣结构;叶片撞击机匣导致的冲击载荷则由风扇机匣向后传递,最终传给吊装结构;发动机承受的载荷是由不平衡和冲击影响耦合得到,其中冲击载荷为主要部分。该研究为掌握真实发动机叶片丢失下整机响应规律提供了试验模拟方法与数值仿真分析工具。      

涡扇发动机柔性转子涡轮结构改进与动力特性研究

以涡扇发动机模拟低压转子为研究对象,探究了模拟低压转子在动力特性试验过程中出现的非整数倍频振动超限的原因,提出了涡轮结构改进措施。对比分析了结构改进前后模拟低压转子的前三阶临界转速及其裕度。完成了全转速范围内的动力特性试验,验证了改进措施的有效性,排除了振动故障。研究表明,涡轮结构改进措施有效,临界转速计算误差小于4%,与试验结果具有较好的一致性。研究结果为真实低压转子动力学设计和结构设计提供了参考。     

齿轮传动涡扇发动机低压转子结构与动力学分析

选取齿轮传动涡扇发动机低压转子为研究对象,以结构效率评估参数量化其动力学特性.通过建立低压转子简化模型,对低压转子关键结构参数(即支承方案、支点支承刚度)对其动力学特性的影响规律进行了研究,阐明了低压转子结构参数与其动力学特性的关系,并对其支承方案及支承刚度进行了优选设计.当低压转子支承方案为1-0-1,两支点支承刚度分别为5.84×107N/m和5.90×107N/m时,转子动力学性能较优,此时转子角向抗变形能力较好,前两阶临界转速分布满足共振裕度设计要求,且分布于小的转速区间内.      

变循环发动机性能数值模拟

在常规双轴涡扇发动机性能模拟程序的基础上,添加了模式选择阀门、前可调面积涵道引射器、后可调面积涵道引射器、核心涵道等部件模块,并加入了低压涡轮导向器面积、高压压气机转子叶片角度、风扇转子叶片角度、核心驱动风扇级转子叶片角度等调节变量,编写了双外涵变循环发动机性能数值模拟程序,模拟了一种带核心风扇级的双外涵变循环发动机的高度、速度和节流特性.计算表明:与单外涵模式相比,双外涵模式的单位推力和耗油率低,受飞行条件影响的主要为前涵道比.随着低压转子转速的降低,双外涵模式的总涵道比呈增大的趋势,发动机的耗油率大幅降低.此外,变循环发动机在几何调节参数不变的情况下,对工作条件较敏感,必须特别注意各调节参数与发动机工作条件的匹配.      

航空发动机风扇叶片冰雹撞击仿真

为预估航空发动机风扇转子叶片受到冰雹撞击后的损伤情况,基于PAM-CRASH软件进行冰雹撞击风扇转子叶片仿真。采用SPH方法和带失效应变的弹塑性材料模型建立冰雹数值模型,模拟冰雹撞击铝合金平板过程,仿真结果与试验数据吻合较好。针对冰雹撞击旋转状态风扇转子叶片试验,建立3维风扇转子有限元模型,使用带失效模型的J-C本构模型定义叶片材料性能,采用该冰雹模型对试验过程进行仿真,获得的冰雹撞击过程和叶片损伤与试验结果基本相同,叶片凹陷深度误差小于10%。仿真与试验结果对比表明:风扇叶片冰雹撞击仿真方法能够预估叶片被冰雹撞击后的损伤情况,可用于叶片抗冰雹撞击设计与评估。     

航空发动机风扇叶片爆破飞断主动控制技术

为了实现在风扇机匣包容性试验中对叶片飞断转速的精确控制,开展了叶片飞断主动控制技术研究。提出了一种风扇 叶片爆破切割飞断的方法,进行了风扇叶片榫头的装药结构设计以及应用爆破技术的可行性分析;设计了遥控起爆系统,确保了 试验安全;根据静、动态双重验证的技术研究路线提出了详细的技术指标,使叶片飞出姿态满足试验器条件下包容性试验的技术 要求。结果表明：采用风扇叶片爆破切割飞断的方法顺利完成了某大涵道比发动机叶片在风扇机匣包容性试验指定转速下的爆 破飞断,叶片飞出的附加动能小于叶片飞失动能的0.05%,叶片飞断转速的控制精度在0.1%以内。验证了该项技术在试验器条件 下完成风扇机匣包容性试验的有效性,并为整机包容性试验奠定了基础。     

结构试验与分析一致性评估技术

介绍了CATAS系统的试验与分析一致性评估技术。通过建立试验结果与计算结果之间的线性回归关系,提出了一致性模糊综合评估方法。在保证一定试验可靠度的前提下,结合区域对比曲线,该方法可以指导修改计算模型。通过对Y7-200A的位移测量和计算结果,验证了该方法的有效性。     

热结构动力优化设计

 考虑温度沿飞行器表面的分布及材料物性系数随温度的变化,按Ｋｕｈｎ－Ｔｕｃｋｅｒ条件建立迭代式,研究具有频率约束、振型节点约束以及变量上、下限约束的热结构动力优化设计。算例讨论了前３阶固有特性及最小目标随温度场的变化规律,证实本方法有效、可行。     

面向设计的飞机翼面结构有限元自动建模技术

提出一种新的飞机翼面结构分析和优化的建模技术。引入“构件属性”的概念，利用“网状”数据结构来实施管理，并将图形用户界面（GUI）技术与CAD中的基本绘图功能相结合，从而形成具有领域特色的新一代快速和在一定条件下的自动建模系统。建模举例表明：此系统操作简单、使用方便、遵循结构分析与优化建模的专业做法。     

DYNAMIC OPTIMIZATION OF THERMAL STRUCTURE

ＤＹＮＡＭＩＣＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮＯＦＴＨＥＲＭＡＬＳＴＲＵＣＴＵＲＥＣｈｅｎＪｉｆｅｎｇ；ＤｕａｎＤｅｇａｏ（８－ｔｈＤｅｐ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｉ＇ａｎ，Ｃｈｉｎａ，７１００７２）Ｗａｎｇ...     

复合材料结构分析系统YIDOYU-Ix

1.程序系统 YIDOYU-I_2是在YIDOYU-I~[1]基础上开发的,除具备YIDOYU-I的全部分析功能外,增加了对复合材料的分析能力。它能对金属结构、复合材料结构或金属一复材结构     

用于结构优化的一种新的两点近似函数

提出一种基于两点信息的近似函数,它在当前设计点能够保证原函数的函数值、一阶导数值和近似二阶导数值;在另一设计点保证原函数的一阶导数值。用该近似函数形成结构优化原问题的序列近似问题,再用约束变尺度法解近似问题。通过典型算例的计算,结果表明本方法具有较好的收敛性和较高的计算效率,适用于结构优化问题的求解     

基于渐进结构优化法的结构动力学设计方法的初步研究

利用渐进结构优化法并结合结构效率的概念,提出了一种新型的结构动力学设计思路和一套基于ANSYS平台的优化程序开发技术.其中单目标、多约束优化模型的建立,融入了质量、应力、位移以及频率等动力学设计参数,研究初期阶段只依次对各约束进行了单独处理.相关算例的计算结果表明,在相同条件下,忽略数值不稳定性带来的影响,优化程序得到的最终拓扑、结构进化历程以及参数变化都和已有成果基本一致,由此也验证了设计方法的可行性与程序的可靠性.      

高结构效率的斜流压气机结构设计

针对高负荷斜流压气机的结构设计需求,引入和完善斜流叶盘的结构效率评估方法,用以协调各种设计要求和优化结构设计.基于提高结构效率的设计思想,提出“C”型和“M”型两种新型斜流叶盘结构方案,并通过平均应力值、振动鲁棒系数和轮缘变形协调系数3项的分析和结构效率系数的对比,论证了新型轮盘结构在减轻质量、提高可靠性和降低叶尖损失等方面的优势.分析结果表明:“M”型叶盘结构方案可使平均应力提高24.7%,质量降低20%,振动响应降低37.9%,轮缘最大变形降低67.6%.      

多循环脉冲爆震载荷作用下爆震室强度分析与结构优化

利用数值模拟获取的完整爆震循环载荷,以及爆震室有限元模型,计算分析了爆震室多循环工作时的等效应力,依据热平衡状态实测温度数据计算了温度场的影响,并对爆震室进行了壁厚优化.发现多循环工作时,爆震室最大等效应力比单次爆震时略大,但同一位置处差值不超过4%;同一位置处等效应力呈周期性变化,不同循环的最大等效应力基本不变;沿爆震波传播方向,等效应力的最大值逐渐增大.频率在10~50Hz变化时,同一位置处最大等效应力值基本不变.当假设爆震室径向温度相同且轴向可自由膨胀时,温度对应力几乎没有影响,但相同应力所产生的应变增加.      

整机结构设计的评估方法——结构效率

从整机动力学的角度,提出一种量化各种结构改进设计对整机性能收益的评估方法——结构效率,其内涵应当包括发动机质量有效承载项,模态参与项以及变形量协调项,并建立初步分析方法.通过某转子/支承系统的结构优化算例,指出了结构效率在整机结构设计中的优越性,并对结构概率的进一步研究前景和研究重点进行了论述.