某型航空发动机转子系统动力学特性的有限元分析

论文摘要

航空发动机转子系统的动力学特性决定着航空发动机工作的可靠性和结构的完整性,因此对航空发动机转子系统的动力学特性进行计算和分析具有重要意义。本文采用有限元方法对一个简单的双转子系统模型的动力学特性进行了计算,分别采用三种有限元建模方法对其进行计算和分析,验证三种建模方法的可行性和计算方法的正确性,从而为某型航空发动机转子系统的合理建模和计算奠定了基础。合理地建立发动机转子系统的有限元模型对研究发动机整机振动具有重要意义。本文采用四种有限元建模方法对具有弯扭叶片的转子系统的临界转速进行了计算。通过对计算结果分析发现,叶片简化为质量单元的三维模型和具有弯扭叶片的三维模型的计算结果的误差很小,由此提出了对航空发动机轴和轮盘采用三维模型,叶片采用质量单元的建模方法进行建模,有效兼顾了模型的规模与计算的精度。本文提出了对某型航空发动机转子系统建模的方法并对其进行合理建模。在进行临界转速计算之前,首先计算了该发动机支承系统的刚度,然后用APDL语言编制航空发动机双转子系统临界转速的计算程序,用Campbell图法分别得到由低压转子和高压转子为主激励的临界转速和主振型。采用同步响应法分别计算低压转子不平衡和高压转子不平衡引起的响应,得到高、低压转子上各个盘的位移频率响应曲线,同时还得到了高、低压转子为主激励的临界转速,最后对这两种有限元方法计算得到的临界转速进行相互验证。本文运用有限元的方法对某型航空发动机转子系统的动力学特性进行了计算和分析。结果表明:论文中采取的各种分析方法是可行的,计算结果是合理的,对研究同类航空发动机转子系统的动力学特性具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 转子系统对航空发动机整机振动的影响
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 转子动力学特性分析的基本原理
• 2.1 临界转速
• 2.1.1 临界转速的基本概念
• 2.1.2 临界转速的计算方法
• 2.1.3 临界转速的影响因素
• 2.2 不平衡响应
• 2.2.1 稳态不平衡响应的概念
• 2.2.2 稳态不平衡响应的计算方法
• 2.2.3 稳态不平衡响应的影响因素
• 第3章 转子动力学特性计算的有限元方法
• 3.1 有限元法的基本思想
• 3.2 基于ANSYS 的转子动力学分析
• 3.2.1 旋转结构模态分析原理
• 3.2.2 旋转结构模态分析的ANSYS 实现方法
• 3.2.3 旋转结构的模态分析APDL 流程
• 3.2.4 旋转结构的简谐响应分析
• 3.2.5 简谐振动分析的原理
• 3.2.6 旋转结构简谐响应分析ANSYS 实现方法
• 3.2.7 旋转结构谐响应分析的APDL 流程
• 第4章 双转子系统动力学特性的计算方法及其验证
• 4.1 双转子系统验证模型
• 4.2 计算临界转速的有限元法
• 4.2.1 Campbell 图法
• 4.2.2 同步响应法
• 4.3 有限元模型对双转子系统临界转速计算结果的影响
• 4.3.1 一维模型
• 4.3.2 二维模型
• 4.3.3 三维模型
• 4.3.4 三种模型的计算结果对比
• 4.4 叶片简化的转子系统的临界转速计算
• 4.4.1 带叶片的转子系统结构模型
• 4.4.2 叶片简化为质量单元的一维模型的临界转速计算
• 4.4.3 叶片简化为质量单元的二维模型的临界转速计算
• 4.4.4 叶片简化为质量单元的三维模型的临界转速计算
• 4.4.5 叶片不作简化的三维模型的临界转速计算
• 4.4.6 四种模型计算结果对比
• 第5章 某型航空发动机双转子系统动力学特性计算及分析
• 5.1 航空发动机转子系统结构简介
• 5.2 航空发动机双转子系统有限元模型的建立
• 5.2.1 模型简化的基本原则
• 5.2.2 叶片简化为质量单元的双转子系统的三维模型
• 5.3 支承动刚度的有限元计算
• 5.4 航空发动机双转子系统的模态计算
• 5.5 航空发动机双转子系统的临界转速计算
• 5.5.1 低压转子激起的临界转速和主振型
• 5.5.2 高压转子激起的临界转速和主振型
• 5.6 航空发动机转子系统的不平衡响应计算
• 5.6.1 低压转子不平衡引起的响应
• 5.6.2 低压转子为主激励的临界转速的验证
• 5.6.3 高压转子不平衡引起的响应
• 5.6.4 高压转子为主激励的临界转速的验证
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文