基于TC4紧固件在不同头型下扭矩与预紧力关系研究

分析了航空某型号用紧固件扭矩与预紧力的关系,以MJ8×1规格钛合金紧固件为研究对象,着重研究了钛合金紧固件在模拟航空航天型号部段实际安装环境下,不同头型紧固件及安装次数对安装扭矩与预紧力关系的影响,以及其相应变化的规律。研究结果表明:一是当螺栓预紧力达到5%~35%Fmax时(Fmax为螺栓标准规定的最小拉力载荷值),除头型外其余螺纹精度、性能等参数均一致的情况下,螺栓头部承载面积大的头型,所产生的端面摩擦扭矩大,达到同样预紧力时,所需的安装扭矩大;二是随着反复拧入次数的增加,达到相同的预紧力时,所需的拧紧力矩呈现递增的变化规律。     

轴承预紧力与系统固有频率关系的试验

研制了轴承预紧力测试装置,通过该试验装置对预紧力和系统固有频率的关系进行了研究.对轴承预紧力随系统固有频率变化的试验数据进行了拟合.结果表明:该试验装置从一定程度上反映了轴承的预紧特性.固有频率随轴承预紧力的增大而增大,相同的预紧力下,系统固有频率随轴承支承跨距的增大而增大.拟合得到的预紧力-固有频率-支承跨距关系式精度较高.      

某飞行器用紧固件拧紧力矩与预紧力关系研究

分析了某飞行器部段连接紧固件拧紧力矩与预紧力的关系,以M8、M10规格钛合金紧固件为研究对象,着重研究了钛合金紧固件在飞行器部段实际安装环境下,安装次数对拧紧力矩与预紧力的影响,以及扭拉系数随安装次数的变化规律.研究结果表明:当螺栓的预紧力达到10％Fmax～50％Fmax(Fmax为螺栓的理论破坏拉力值)时,钛合金紧固件螺纹副的拧紧力矩与预紧力呈良好的线性关系;随着反复拧入次数的增加,达到相同的预紧力时,所需的拧紧力矩呈现递增的变化规律,其扭拉系数也明显呈递增变化趋势.     

带预紧力螺栓连接的机匣刚度分析

为了很好的模拟螺栓连接对发动机机匣刚性的影响,利用ANSYS非线性接触算法对螺栓连接进行了仿真计算,利用轴向力模拟了螺栓的预紧力,通过一系列不同的螺栓预紧力的计算,得到了机匣弯曲刚度与螺栓预紧力的关系曲线,并分析了螺栓连接对发动机机匣刚性的影响,为复杂结构中的螺栓连接简化提供了可靠的依据。     

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。     

带止口定心传扭结构高速转子轴向预紧力估算方法

针对涡桨发动机带止口定心传扭结构低压模拟转子的轴向预紧力开展研究,为带止口定心传扭结构高速转子轴向预紧力的确定提供理论分析方法。采用分段圆筒的简化思想,建立了前三级压气机盘和中心拉杆的简化模型。基于弹塑性力学和材料力学理论并考虑离心载荷的影响,揭示了轮盘间轴向力变化量与转速之间的关系,对设计确定的低压模拟转子初始轴向预紧力进行了评估。研究表明:评估的低压模拟转子初始轴向预紧力能确保止口定心传扭结构可靠工作,研究成果具有理论意义和工程应用价值。     

一种卫星推进分系统复合材料氦气瓶的结构设计方法

为了提高航天复合材料压力容器的性能因子,根据复合材料压力容器网络理论方法提出了“参数对应关系”结构设计方法,对一种卫星推进分系统复合材料氦气瓶进行了结构设计,确定了纤维复合层承载压力,得到了不同内衬壁厚情况下气瓶纤维预紧应力与内衬压缩应力、内衬工作应力、纤维工作应力的对应关系,获得了内衬最小壁厚和纤维预紧应力区间等参数,用有限元法对气瓶结构设计进行静力学分析校核,所设计气瓶完成了全部的鉴定试验,气瓶性能因子37km,爆破压力70MPa,纤维预紧应力区间为[120MPa,270MPa].设计和验证结果表明:基于网络理论的“参数对应关系”结构设计方法可用于弹性工作金属内衬复合气瓶的研制,内衬最小壁厚的精确求解对提高复合材料气瓶性能因子是有效的.     

内套筒对预紧力齿连接接头预紧力的影响

为了研究内套筒材料性能与几何尺寸等参数对预紧力影响规律，本文首先通过实验对不同内套筒材料与壁厚对预紧力的影响规律进行研究。然后通过有限元软件ANSYS建立了接头预紧力施加的数值模型，模拟结果与实验实测值吻合较好，并通过有限元对实验现象进行了分析。结果表明：相同挤压量下，接头壁厚越高，所产生预紧力越高；对于塑性材料的内套筒接头，当外部挤压量超过一定值时，塑性材料完全进入塑性，变形增加，但应力值不再显著增长，预紧力趋于稳定；而对于弹性材料的内套筒接头，弹性材料应力一直随着应变线性增长，因此预紧力随着挤压量增加不断增加。     

风洞阻尼网周边拉力分析与计算

阻尼网是风洞稳定段内的重要设备,它可以进一步破碎蜂窝器后的气流漩涡,减小稳定段气流的湍流强度。在风洞运行时,阻尼网因受到气动载荷而变形,其变形大小与周边的拉力具有一定的关系,如果变形过大,将影响阻尼网的正常使用,起不到减小湍流强度的作用。以圆形阻尼网为例,推导出阻尼网周边的拉力计算公式及预紧力的选取方法,为风洞阻尼网的安装预紧提供了参考和借鉴。     

盘一盘螺栓连接结构模态频率分析

基于ANSYSWorkbench软件,采用层单元法和多点约束技术,模拟了盘一盘螺栓连接结构的螺栓预紧力,对其进行了模态分析,并与试验结果进行了比较。研究表明：采用层单元法模拟螺栓预紧力的模态结果与试验结果吻合较好,为在预紧力作用下螺栓连接结构模态频率的有限元计算提供了1种有效方法。     

预紧力对层合板螺栓连接强度的影响研究

预紧力的大小对连接件的连接强度具有较大的影响。在ABAQUS软件环境下建立层合板螺栓连接结构的三维有限元模型,引入改进的Hashin三维失效判据,并提出了一种新的结构刚度分区退化模型,分别计算了预紧力存在的条件下凸头螺栓和沉头螺栓连接情况下单搭接层合板的失效情况。计算结果与试验结果的对比表明：采用这种刚度退化模型的计算结果较为精确;预紧力对凸头螺栓连接和沉头螺栓连接的失效情况影响不同,合适的预紧力可以提高层合板的极限强度,过大的预紧力不利于结构的承载。     

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。     

基于薄层单元的拉杆转子接触界面动力学建模及修正

为了研究具有复杂接触界面拉杆转子系统的动力学特性,发展了基于薄层单元的拉杆转子接触界面动力学建模及修正方法。采用线性本构关系的薄层单元模拟转子部件的复杂接触关系,基于模态试验数据,运用分层模型修正方法对预紧状态下拉杆转子部件接触面的连接刚度进行识别,通过识别的薄层连接参数建立拉杆转子动力学预测模型。将拉杆转子动力学预测模型的结果与试验数据进行对比分析,结果表明:采用线性本构关系薄层单元能够模拟拉杆预紧状态下接触界面的力学特性,修改薄层单元弹性模量能够模拟接触界面的法向刚度和切向刚度;修正后转子模型与测试结果的最大频率误差为0.6%,平均频率相对误差为0.25%,修正后模型能预测实际结构的振动响应。      

端齿连接转子轴向预紧力的确定

在已知转子工作时各种载荷引起的轴向松弛力和压紧力的前提下，本文提出综合考虑紧度裕度、强度裕度、装配关系等多因素的轴向预紧力确定准则，并由此建立了预紧力优化的数学模型，给出了５个目标函数以满足不同的设计要求。文中还介绍了根据本文的准则及方法开发的计算机程序及其应用实例     

一种基于垫片式力传感器的螺栓组连接预紧力测量方法

螺栓(或螺钉)组连接是航空航天等机电产品装配中最常用的连接方法之一。针对目前螺栓组连接中的预紧力测量难且过分依赖拧紧力矩的问题,提出一种基于垫片式力传感器的螺栓组连接预紧力测量方法,可直接测量螺栓组中各螺栓在拧紧过程中及拧紧之后的预紧力。该方法通过垫片式力传感器采集螺栓预紧力,通过对传感器信号的调理、采集以及数据处理、显示和存储完成螺栓组中的各螺栓预紧力采集。最后,研制了便携式的螺栓组预紧力测量装置并进行了应用验证。试验表明该测量方法及装置适合实验室、装配现场、振动等环境中监测螺栓组拧紧过程中以及拧紧之后各螺栓的预紧力。     

螺栓连接组合Jeffcott转子界面滑移规律分析

针对航空发动机转子实际装配完成后连接界面力学特性分布不均匀、服役阶段连接界面发生微动滑移等问题,以组合Jeffcott转子为研究对象,综合考虑实际螺栓预紧力分布规律,首先对高速旋转状态下的组合转子连接界面开展受力分析,揭示了预紧力对连接界面滑移的影响机制。其次基于实测预紧力数据构建了组合Jeffcott转子有限元模型,对连接界面滑移过程进行了仿真。最后系统分析了预紧力均值大小及离散度对转子界面滑移规律的影响。结果表明,预紧力均值大小主要影响界面滑移量,对滑移分布的均匀性影响较小,而预紧力分散度大小会显著影响滑移分布的均匀性。实际装配过程中,可通过降低螺栓预紧力分布的离散度来减小因界面非均匀滑移对组合转子连接性能带来的不利影响。     

基于有限元法的转子细观结构对宏观刚度的影响

基于有限元法,通过研究转子内部细观结构非线性环节对宏观系统动力学参数影响的规律,构建了降维映射函数的研究思路.针对某型航空发动机轮盘拉杆螺栓接触结构,通过适当简化转子模型,利用ANSYS软件分析轮盘不同偏心状况下,拉杆螺栓不同预紧状态对宏观刚度的影响,探究其刚度非线性特性.结果表明:螺栓均匀预紧,预紧力变化,转子系统非线性特征的变化趋势与偏心夹角有关;半数螺栓松动,偏心夹角越大、松动预紧力越小,非线性特征越明显.      

不同预紧力分散度条件下螺栓止口连接组件有限元分析

螺栓止口连接是航空发动机中常见的连接形式,在现有工艺技术条件下,螺栓预紧力往往存在较大分散性,加剧了航空发动机力学性能的波动。利用ANSYS Workbench有限元软件对不同预紧力分散度条件下的螺栓止口连接结合面Von Mises等效应力分布及组件刚度进行了仿真计算。按照工程经验设置了5组预紧力分散度值,并针对每组分散度随机生成一组对应的螺栓预紧力数值,实现对工程实际中预紧力分散度情况的模拟。然后分析了结合面的应力分布情况,通过对组件分别施加轴向载荷、径向载荷和扭转载荷,获得了组件轴向刚度、径向刚度、扭转刚度变化曲线,最终得到预紧力分散度对螺栓止口连接组件刚度的影响规律,为预紧力分散度的控制提供了理论参考依据。     

正反顺序加载下安装边螺栓预紧力分散度的数值模拟与试验验证

在航空发动机机匣安装边装配过程中,不同位置螺栓之间会产生弹性交互作用,不同加载方案会使装配后的螺栓预紧力存在一定的分散度。针对这一问题,建立了3层带止口机匣安装边3维接触有限元模型,研究不同加载方案下螺栓预紧力的施加方法。基于有限元模型数值模拟了3层机匣安装边分别在顺序加载方案、交叉加载方案和正反顺序2轮加载方案下螺栓预紧力的分散度。搭建了相应的试验装置,分别对3种加载方案的预紧力分散度进行试验验证。结果表明：采用正反顺序2轮加载后的螺栓预紧力分散度最小,在3层止口机匣安装边上采用正反顺序2轮加载方案后的螺栓预紧力分散度较小,在有限元仿真中螺栓预紧力分散度为2.43%,在试验中螺栓预紧力分散度为4.98%。采用此方案加载后,止口机匣安装边能达到更好的密封效果和较好的刚度对称性。     

滚动轴承拧紧力矩研究

针对航空发动机动力传输系统中常用的一类滚动轴承结构,提出了确定拧紧力矩的一种行之有效的工程方法。该方法以工程经验为指导,将理论计算与数值计算相结合,量化了拧紧力矩与预紧力及套圈轴向变形量之间的关系,保证了计算方法的可行性及计算结果的有效性。