指尖密封性能的当量优化研究

论文摘要

指尖密封是近年来发展起来的一种先进密封技术，它对于提高航空发动机性能和寿命具有良好的应用前景，开展指尖密封技术研究是一项迫切的任务，具有重要科学意义。通过国内外研究现状的分析可知，由于难以建立指尖密封的优化数学模型，目前指尖密封性能优化设计仍不具可控性。针对这种情况，本文从指尖密封系统工作原理和各个工作阶段的特点出发，基于对将系统简化为单自由度振动系统的相关理论的深刻认识，建立了指尖密封系统的当量模型，提出了指尖密封性能的当量优化思想，从而实现指尖密封性能的可控优化设计。 本文采用正交回归试验设计，在ANSYS软件平台下针对多结构多工况参数情况下的指尖密封系统进行有限元仿真试验，获得当量模型中各等效参数与实际指尖密封结构参数之间的映射关系，从而构建出用于解决指尖密封系统迟滞与接触磨损性能优化问题的质量—弹簧—阻尼当量模型。 根据描述指尖密封系统迟滞的当量模型，以当量模型与指尖密封系统特性之间的映射关系为基础，得到指尖密封迟滞与各结构参数之间的优化数学模型，实现以指尖密封迟滞程度最小为优化目标进行指尖密封结构参数的优化计算，并通过有限元分析证明了本文分析方法的可行性、结果的正确性。 在指尖密封综合性能多目标优化设计中，指尖密封系统的两个优化目标不能在一个当量模型中描述出来，本文根据对当量模型的分析，获得两个目标函数之间的函数关系，再根据当量模型中等效参数与指尖密封结构参数之间的函数关系，实现两个优化目标函数的显函数表达，采用线性加权和法构建出指尖密封综合性能的可控优化设计数学模型，并用复合形法编程求解，最终得到实际工况下的最优结构参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 先进密封技术研究的重要性
• 1.2 指尖密封技术的研究现状
• 1.2.1 指尖密封的应用背景和结构特点
• 1.2.2 指尖密封的国内外研究现状
• 1.2.3 指尖密封研究中存在的问题
• 1.3 结构优化设计的发展简介
• 1.3.1 结构优化的发展和研究现状
• 1.3.2 当量模型优化的应用
• 1.4 本文的研究意义和主要内容
• 第二章 指尖密封系统当量模型的建立
• 2.1 指尖密封工作性能分析
• 2.1.1 指尖密封接触分析有限元模型的建立
• 2.1.2 指尖密封的性能分析简述
• 2.2 指尖密封系统的参数化模型
• 2.3 指尖密封的当量模型
• 2.3.1 干摩擦阻尼系统的自由振动
• 2.3.2 指尖密封系统的当量模型
• 2.4 当量模型参数的获取
• equ'>2.4.1 等效刚度 K_equ
• equ'>2.4.2 等效阻尼力F_equ
• equ0'>2.4.3 等效静摩擦阻尼力F_equ0
• 2.5 小结
• 第三章 指尖密封迟滞特性的当量优化研究
• 3.1 优化设计数学模型
• 3.1.1 目标函数的建立
• 3.1.2 指尖密封在结构上的约束要求
• 3.2 基于 Matalab的指尖密封结构优化单目标程序设计
• 3.2.1 优化算法介绍及求解
• 3.2.2 指尖密封结构参数的优化计算
• 3.3 优化参数的指尖密封结构迟滞性能分析
• 3.3.1 当量优化结果与有限元计算结果的比较
• 3.3.2 指尖密封系统迟滞性能分析
• 3.4 小结
• 第四章 指尖密封结构综合性能的当量优化研究
• 4.1 指尖密封综合性能优化数学模型
• 4.1.1 多目标优化问题的数学定义
• 4.1.2 指尖密封系统磨损性能优化目标函数的建立
• 4.1.3 指尖密封多目标优化数学模型的建立
• 4.2 指尖密封多目标性能优化
• 4.2.1 指尖密封多目标优化问题求解
• 4.2.2 加权和法双目标优化分析
• 4.3 指尖密封优化实例及分析
• 4.3.1 实例及结果分析
• 4.3.2 优化结果验证
• 4.3.3 优化方法验证
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢