航空发动机静子系统中螺栓连接结构的建模与修正（英文）

基于概率设计方法对航空发动机静子系统中螺栓连接结构进行模型修正研究。静子系统中不同的机匣结构由螺栓连接在一起,采用具有一定材料属性的层单元法来等效模拟螺栓连接结构,通过调节层单元材料属性来提高有限元模型精度。首先采用灵敏度分析方法确定修正区域,然后基于概率方法设计修正参数,利用蒙特卡洛抽样法选取样本点,最后基于静力学试验数据选择合理的目标函数,通过迭代优化计算得到修正后的模型参数。结果表明,修正后的静子系统有限元模型计算得到的刚度值与试验数据更加接近,修正后的相对误差都在5%以内。     

航空发动机机匣螺栓连接结构简化模型修正

为了提高航空发动机机匣螺栓连接结构动力学模型修正效率,基于模态置信准则（MAC）,提出了一种基于实体振型的 动力学参数简化模型修正技术,采用该技术对发动机机匣典型螺栓连接结构有限元参数模型进行了修正。通过模态测试获得实 际机匣的模态信息,并与有限元实体模型模态进行比较,利用实体模型模态信息筛选修正参数,采用参数化响应面优化方法对机 匣动力学简化模型进行修正。结果表明：基于实体振型的动力学参数简化模型修正技术可以避免对模型进行多次调用,提高了简 化模型修正效率;具有较高的修正精度,修正后的典型螺栓连接结构简化模型准确性明显提高约11%。该修正技术进一步完善后 可用于航空发动机整机动力学分析、故障分析等。     

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。     

基于ANSYS的复合材料层合板单钉连接件参数化结构仿真

应用ANSYS参数化设计语言(APDL)开发复合材料层合板机械连接结构的ANSYS分析模块,实现有限元分析前处理过程的参数化建模和后处理过程的累积损伤可视化仿真。建立三维累积损伤有限元模型,采用ANSYS中柔体对柔体的面—面接触单元对螺栓表面和复合材料层合板孔壁间的接触行为进行模拟。进行的T300帘子布/QY8911双马来酰亚胺树脂层合板单钉单搭螺栓挤压强度试验验证此分析模块的有效性,对不同几何参数、不同铺层类型的复合材料层合板机械连接结构的承载性能进行可视化仿真模拟。     

复合材料卫星承力筒连接结构分析

大型卫星承力筒的连接结构损伤是设计时必须要考虑的关键问题，以某碳纤维复合材料卫星承力筒的连接结构为研究对象，应用ABAQUS有限元软件建立复合材料层合板连接结构渐进损伤模型，并且根据Hashin失效准则及Tserpes材料性能退化准则，应用Fortran语言二次开发了UMAT子程序，研究承力筒层合板螺栓连接及胶螺混合连接的失效机制；在此基础上，利用仿真分析螺栓连接结构的刚度探究对卫星承力筒试验件力学性能的影响。结果表明：利用螺栓连接结构刚度进行仿真建模的卫星承力筒试验件结果更接近试验值，其误差相比于多点约束—MPC单元减小了4%～9%,说明此方法能更好地满足仿真分析要求。该分析方法为复合材料卫星承力筒连接结构的力学性能及多螺栓连接结构的有限元仿真分析提供一定参考，适用于具有连接结构的卫星力学分析。     

基于有限元的螺栓连接参数化建模技术研究

为有效解决机械结构中众多螺栓连接力学特性的模拟问题,研究了基于有限元的螺栓连接不同刚度特性的参数化建模方法,形成了具有一定指导意义的参数化建模理论。基于两个典型实例研究,螺栓连接的参数化有限元模型固有频率计算值与试验值误差很小,都在5%以内,充分验证了螺栓连接参数化建模理论和建模方法的准确性和有效性。成功应用于现代高推重比涡扇发动机系统中,计算结果表明,参数化模型计算值与目标值的固有频率误差均在1%以内,且两种模型振型基本一致,模态置信度准则(MAC)值均接近于1,有效模拟了转、静子中关键螺栓连接结构的力学特性。     

基于响应面法的Z型管道有限元模型参数修正与模态优化

针对Z型管道布局不合理而导致共振的问题,基于响应面法对Z型管道进行有限元模型修正以及模态优化。建立参数化的Z型管道振动仿真有限元模型;采用灵敏度分析方法,选取对模态影响较大的材料参数作为设计变量,通过拉丁超立方试验设计采集样本点,构造基于材料参数的响应面,通过多目标优化修正材料参数;利用修正后的有限元模型构造基于管道布局参数的响应面,通过多目标优化算法得到了使Z型管道前3阶固有频率远离共振频率的布局方案。     

铺层比例对层合板连接结构损伤特性影响分析

复合材料螺栓连接结构,其铺层比例、铺层顺序对整体结构连接效率具有重要影响.基于ABAQUS有限元软件平台,对其进行二次开发定义材料损伤退化方法,建立三维渐进损伤模型对不同铺层比例复合材料层合板螺栓连接结构的损伤扩展及破坏特性进行数值模拟分析,计算结果与验证试验结果吻合较好.分析仿真与试验结果表明:对于CCF300/BA9916Ⅱ型复合材料层合板螺栓连接结构,铺层比例对结构连接效率有重要影响,合理确定±45°层比例可以显著提高孔边应力集中区的抗挤压和抗剪切能力,有效改善连接结构的破坏模式;在±45°层比例增加到50％之后,复合材料层合板螺栓连接结构的连接强度将不再显著提高.     

液体静压导轨结构变形的有限元仿真分析

基于ANSYS有限元仿真分析方法,针对液体静压导轨的静导轨和滑板分别建立有限元模型,并通过定义材料属性、网格划分、油膜压力模拟、螺栓预紧力模拟和滑板受力分析等过程完成其有限元仿真分析,得到了滑板在静导轨不同位置时静导轨静力变形情况和滑板的受力变形情况,为液体静压导轨系统的设计提供了指导。     

航空发动机整机静子建模与刚度验证

基于建立航空发动机整机状态的结构动力学分析有限元模型要求,对应用于静子机匣的不同有限元网格模型进行了对比分析,并将其组装成整机模型,进行了各支点的静柔度计算和对比试验。结果表明:对静子建模可分为主承力和其他机匣部件分别进行。承力机匣采用实体单元模型,有效模拟其刚度特性;传力机匣采用壳单元模型,在保证计算精度的前提下减小计算规模。通过对整机静子模型状态下轴承座静柔度计算与试验结果的对比,验证了整机静子模型刚度分布的有效性,经过质量修正后可以为整机状态结构动力学分析提供模型。     

多铺层碳纤维蜂窝板模型修正

 蜂窝板是现代飞行器的主要承力结构,通过分析各形式响应面适用范围,提出Linear-and-Gaussian组合核支持向量机(SVM)响应面和基于分组控制策略的改进粒子群优化(IPSO)算法。用ANSYS的SHELL91单元建立多铺层碳纤维蜂窝板的有限元模型(FEM),并通过正交试验设计和F值检验确定待修正结构参数,构造Linear-and-Gaussian响应面以拟合待修正结构参数与蜂窝板模态频率的关系并检验响应面模型有效性。最后,用基于分组控制策略的IPSO算法对响应面模型中的结构参数进行修正,修正后参数代入原有限元模型得到修正模型。通过对修正前后模型模态频率与基准模型模态频率在测试频段内外的对比,证实了修正后模型具有良好的复现能力和预测能力。     

复合材料层合板多钉连接的紧固件连接柔度

复合材料层合板多钉连接结构中螺栓紧固件连接柔度随钉排数增加而变化。为了阐明多钉连接紧固件连接柔度与单钉连接紧固件连接柔度的差异并建立多钉连接紧固件连接柔度的计算方法,进行了ZT7H/5429复合材料层合板螺栓连接结构拉伸试验和紧固件连接柔度解析求解;研究了旁路载荷对紧固件连接柔度的影响规律并提出了旁路载荷伴随下紧固件连接柔度的计算公式;针对紧固件连接柔度取值与分析模型的相关性,构建了描述钉间层合板柔度偏差的模型适应函数并提出了面向分析模型的紧固件连接柔度修正公式;对1列5钉连接结构进行了钉载计算。结论表明：采用所建立的修正公式对紧固件连接柔度修正后,使得梁-壳有限元模型的钉钉载最大计算误差由16%减小至3%,钉载峰值的计算误差由11%减小至2%,实现了准确且快速的钉载计算,尤其适合大规模复合材料层合板结构钉群连接区的工程应用。     

基于静强度试验的有限元模型修正技术研究

基于静力响应的有限元模型修正技术广泛应用于工程结构的参数识别中,需要解决软件实现、基准数据与目标函数选取,以及参数的灵敏度分析等问题。利用位移响应信息对损伤位置确定的悬臂梁进行了损伤程度的精确识别,对于损伤位置不能确定的情况,通过引入应变约束条件实现了损伤位置与损伤程度的同时确定。作为实际工程算例,将飞机静强度试验得到的位移响应与内力响应作为基准数据,利用模型修正技术确定飞机方向舵有限元模型边界条件。算例比较了不同目标函数和约束条件对修正效果的影响,并通过增加内力响应信息进一步修正了根部约束参数,为计算分析提供了精确有限元模型。     

复合材料与金属结构连接热应力有限元分析

采用ABAQUS有限元算法,对复合材料和金属连接结构中的热应力进行了计算,研究了飞机初始装配温度和工作温度的温度差、复合材料壁板的铺层比例、连接螺栓的材料及螺栓的间距对连接结构中热应力的影响。研究结果表明:初始装配温度和工作温度的温度差越大,连接螺栓受载越大;增加复合材料层压板±45?方向的铺层,层压板应变增大,螺栓受力减小;相同螺栓直径,螺栓间距越大,连接结构的应力越大。     

机翼盒段连接结构疲劳性能影响因素及有限元分析

针对国产某型飞机机翼翼盒典型连接区结构,设计试验件进行疲劳试验,对比分析高锁螺栓不同装配工艺对其疲劳性能的影响。结果表明:对高锁螺栓施加一次拧紧工艺后,再施加适当的二次拧紧力矩,能够有效改善连接结构的疲劳性能。其次,建立连接结构的三维有限元模型,基于正交试验法分别研究螺栓拧紧力矩、板间摩擦系数和螺栓材料弹性模量对基板孔边应力集中系数的影响。研究发现,该3种因素均对孔边应力集中系数有较大影响,其中螺栓拧紧力矩的影响最为显著,表明了适宜的二次定力工艺是提高连接结构疲劳性能的一种有效手段。     

复合材料挖补修理结构渐进损伤分析

采用材料弹性系数的刚度退化模型分析了复合材料挖补结构的极限强度。基于Mayes模型提出了一种复合材料层合板的刚度退化方法,以带中心孔拉伸试件为对象,在完成有限元网格划分与单元选取的适应性研究后,使用复合材料层压板挖补试验件进行了渐进损伤分析方法的有效性验证。开展了挖补结构的渐进损伤分析和挖补参数对极限强度的影响研究。研究结果表明,采用层合单元的有限元模型和基于材料弹性系数的刚度退化模型,可以作为复合材料修补结构强度的基本分析模型,计算效率和分析精度能够满足工程分析需求,修补设计参数对修补结构强度的影响呈非线性。研究结果可以为复合材料层压板挖补修理设计提供参考。     

机匣法兰螺栓连接建模和密封性能分析

由于燃烧室机匣法兰螺栓连接处存在漏油问题,影响发动机的使用寿命和工作性能,还会污染环境、浪费油料。基于悬臂梁挠度变形理论,采用解析法推导螺栓连接结构挠度变形方程,建立优化连接结构密封设计的方法;在 ANSYS 中建立机匣螺栓连接精细有限元模型,计算法兰结合面在不同载荷形式下的轴向间隙分布;采用加强连接密封性的实施方案,通过数值模拟分析不同厚度密封圈的封严效果。结果表明：本文推导的方程能计算出法兰连接结构受载变形量,适用于连接结构密封优化,采用的方案能够解决实际工程应用中机匣法兰螺栓连接处漏油问题。     

混合边界子结构的航空发动机机匣模型修正

提出了一种基于混合边界模态综合的复杂结构有限元模型修正方法。其主要步骤包括:①子结构划分,根据结构形式划分待修正区域,得到子结构和残余结构;②缩聚和装配,利用混合边界模态综合法,将子结构内部自由度集缩聚至混合边界自由度集,得到子结构缩聚矩阵,并与残余结构的系统矩阵进行装配;③修正,基于灵敏度分析方法,对装配后的残余结构进行参数修正。将该方法应用于航空发动机外机匣的精细化有限元建模及模型修正研究,针对局部连接结构参数修正,子结构模型修正方法的参数收敛后最大误差为064%,其计算效率提高了515倍。算例结果表明,该方法在保证修正精确度的同时,能提高大规模复杂结构有限元模型修正的计算效率。      

复合材料层合板沉头螺栓连接结构失效机制

为研究层合板沉头螺栓连接结构失效机制,采用单搭接连接结构,选择合适的退化方式及失效判据,建立三维有限元模型,针对单钉、双钉、三钉连接结构研究紧固件数目以及不同镬窝角度对连接结构强度与疲劳寿命的影响.仿真结果与试验基本吻合,在考虑紧固件失效时,结果表明:沉头螺栓在刚度上有一定优势,其较大的螺栓头对层合有面外约束,可以抑制...     

全机有限元模型修正及验证方法研究

有限元分析现已成为飞行器设计的重要工具,若要提高有限元仿真的准确性,需要对有限元模型进行必要的修正。以某型直升机全机静力试验有限元模型为研究对象,基于静力试验实测的应变值,进行变量参敏度分析和模型优化,针对全机试验测点多、模型自由度大的特点,提出适用于验证全机模型的相关性算法;基于该算法,应用某一工况下的试验结果,对全机有限元模型的部分参数进行修正,得到与试验结果符合较好的模型参数结果;应用其他工况的结果对修正后的模型进行验证,结果表明:其他工况下修正后模型的计算结果与试验值也很接近,证明了该相关性算法和全机模型修正及验证方法的可行性和有效性。