螺栓联接对航空发动机机匣振动特性影响的研究

论文摘要

螺栓联接结构是机械系统的一种特有结构形式,分析研究其联接特性是准确计算、合理优化整个机械系统振动特性的前提条件,具有特别重要的意义。在航空发动机中,静子机匣一般由若干段组成,各段之间用螺栓联接的安装边联接在一起,这样各段之间就形成机械接触面。这些接触面的存在必然使接触区域的接触刚度和接触阻尼产生变化,并致使整个系统的刚度和阻尼发生改变,从而影响整个联接系统的振动特性。一般来说,对接触结构的研究可从微观和宏观两个层次进行。微观层次主要是从本质上分析研究接触面变形的物理机理和接触面的阻尼特性理论;宏观层次主要运用模态实验方法或者有限元仿真分析方法,研究联接结构对系统整体振动特性的影响。本文主要分析研究了螺栓联接结构的接触刚度对航空发动机静子机匣振动特性的影响。首先,根据现有的螺栓联接结构的接触刚度、阻尼特性的研究成果,从微观机理上分析研究其影响振动特性的根本原因。其次,在分析国内外大量研究成果的基础上,采用有限元分析与实验模态分析相结合的方法,以简单的具有螺栓联接结构的“L”形实验件以及具有发动机静子机匣结构特征的圆筒实验件为例,对典型螺栓联接结构的等效动力学参数进行识别。然后,利用识别出来的参数来研究其对航空发动机机匣振动特性的影响。最后,通过对实验数据、计算数据的整理和分析,得出结论。为了分析螺栓联接结构接触刚度和阻尼对系统振动特性的影响,本文应用ANSYS有限元分析软件,对存在接触面的发动机机匣和没有接触面的发动机机匣进行振动特性对比分析,得出两者固有频率和模态振型的差别。得到的结论对研究具有螺栓联接结构静子机匣的振动问题具有参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 接触面参数的研究意义
• 1.2 接触面参数的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 螺栓联接结构的接触刚度
• 2.1 固体表面形貌及其两表面接触的相互作用
• 2.1.1 固体表面形貌
• 2.1.2 两粗糙表面接触时的相互作用
• 2.2 粗糙接触平面的经典模型
• 2.2.1 粗糙表面的G-W 模型
• 2.2.2 赫兹弹性接触理论
• 2.2.3 粗糙面接触分形模型
• 2.3 接触面的接触刚度模型
• 2.3.1 接触面法向接触刚度分形模型
• 2.3.2 接触面切向接触刚度分形模型
• 第3章 接触面参数识别方法研究
• 3.1 接触面参数模态分析理论
• 3.1.1 模态分析理论概述
• 3.1.2 实验模态分析系统
• 3.1.3 单自由度有阻尼系统频响特性
• 3.2 接触结构动力学模型
• 3.2.1 接触结构动力学模型的建立
• 3.2.2 吉村允孝法
• 3.3 接触面的等效动力学参数识别
• 第4章 “L”形实验件实验模态分析与有限元仿真分析
• 4.1 螺栓联接结构受力分析和预紧力处理
• 4.1.1 螺栓联接结构受力分析
• 4.1.2 预紧力的处理
• 4.2 实验件和实验系统
• 4.2.1 “L”形实验件设计
• 4.2.2 实验系统介绍
• 4.2.3 实验模型建立与实验参数设置
• 4.3 实验模态分析
• 4.4 “L”形实验件的有限元仿真分析
• 4.4.1 “L”形实验件有限元分析建模
• 4.4.2 “L”形实验件接触刚度识别
• 4.4.3 法向接触刚度对结构模态的影响
• 4.4.4 未考虑接触刚度特性的情况
• 第5章 圆筒实验件实验模态分析与有限元仿真分析
• 5.1 实验件和实验系统
• 5.1.1 圆筒实验件设计
• 5.1.2 实验系统介绍
• 5.1.3 实验模型建立与实验参数设置
• 5.2 实验模态分析
• 5.2.1 粗糙度对结构固有频率的影响
• 5.2.2 螺栓预紧力对结构固有频率的影响
• 5.3 圆筒实验件的有限元仿真分析
• 5.3.1 未考虑虑接触刚度特性的情况
• 5.3.2 切向接触刚度对结构模态的影响
• 5.3.3 法向接触刚度对结构模态的影响
• 5.4 结果分析与讨论
• 第6章 螺栓联接对航空发动机机匣振动特性的影响
• 6.1 静子机匣建模
• 6.1.1 静子机匣的三维CAD 模型
• 6.1.2 静子机匣的有限元模型
• 6.2 静子机匣有限元仿真分析
• 结论
• 附录Ⅰ“L”形实验件激励点坐标
• 附录Ⅱ圆筒实验件激励点坐标
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文