航空发动机非连续结构力热传递机理及振动特性研究

发布时间：2018-04-05 20:29

  本文选题：螺栓连接结构　切入点：接触刚度　出处：《哈尔滨工业大学》2016年硕士论文

【摘要】：在现代航空发动机的研制过程中,由于工艺的限制,航空发动机的各个部件特别是机匣是不连续的,这种结构上的非连续性会影响机匣结构的力热传递特性,从而影响航空发动机机匣的振动特性。在传统的静子机匣部件的振动特性研究中,常常忽略机匣安装边的螺栓连接结构,认为机匣是连续的,而且在计算中忽略温度场的作用。忽略螺栓连接结构及温度的作用会影响有限元模型的准确度,导致仿真计算的结果产生较大的偏差,使得计算结果失去可信度。本文以有限元法为基础,研究讨论适用于航空发动机非连续机匣的振动特性分析计算方法,建立航空发动机非连续机匣结构动力学计算模型并计算分析其振动特性。首先研究螺栓连接结构的建模方法,分别分析了虚拟材料法、多点约束法和弹簧阻尼法在螺栓建模方面的优缺点,选择了适用于有限元建模的螺栓连接结构建模方法。在此基础上建立螺栓连接结构的有限元分析模型,开展结合面接触刚度和接触热阻的研究工作,在力学传递特性方面研究了螺栓预紧力、螺栓分布和螺栓数目对机匣弯曲刚度和振动频率的影响,在传热特性研究方面研究了温度和结合面形貌参数对接触热阻的影响规律。最后针对某具体的航空发动机机匣,在保留螺栓连接结构的基础上建立了其动力学分析模型,并将接触刚度和接触热阻引入计算模型中,分析了螺栓连接结构和温度场对机匣振动特性的影响。研究结果表明,由于螺栓连接结构的存在,机匣的结构刚度会降低;螺栓预紧力、螺栓分布和螺栓的数目会影响机匣的抗弯刚度和振动频率;螺栓结合面的接触热阻受到温度和结合面微观形貌的影响;在对非连续的航空发动机机匣进行振动特性分析时,保留实际机匣的螺栓连接结构同时考虑温度场会提高仿真计算的可信度。这些研究结论可用于指导航空发动机的设计研发和故障诊断,具有一定的工程价值。
[Abstract]:During the development of modern aero-engine, due to the limitation of technology, the components of aeroengine, especially the casing, are discontinuous. The discontinuity of this kind of structure will affect the mechanical and thermal transfer characteristics of the casing structure.Thus, the vibration characteristics of aero-engine casing are affected.In the traditional study of vibration characteristics of stationary casing components, the bolted connection structure along the mounting edge of the casing is often ignored, and the casing is considered to be continuous, and the role of temperature field is neglected in the calculation.Ignoring the effect of bolted connection structure and temperature will affect the accuracy of the finite element model and result in a large deviation of the results of the simulation calculation and result in the loss of credibility of the calculation results.Based on the finite element method, this paper studies and discusses the analysis and calculation method of vibration characteristics of aero-engine discontinuous casing, establishes the dynamic calculation model of aero-engine discontinuous casing structure, and calculates and analyzes its vibration characteristics.Firstly, the modeling method of bolt connection structure is studied, and the advantages and disadvantages of virtual material method, multi-point constraint method and spring damping method in bolt modeling are analyzed, and the bolt connection structure modeling method suitable for finite element modeling is selected.On the basis of this, the finite element analysis model of bolted connection structure is established, and the contact stiffness and contact thermal resistance of the joint surface are studied, and the pre-tightening force of bolt is studied in terms of mechanical transfer characteristics.The effects of bolt distribution and number of bolts on the bending stiffness and vibration frequency of the casing were studied. In the aspect of heat transfer characteristics, the influence of temperature and the shape parameters of the bonding surface on the contact thermal resistance was studied.Finally, the dynamic analysis model of a specific aero-engine casing is established on the basis of retaining the bolted connection structure, and the contact stiffness and contact thermal resistance are introduced into the calculation model.The effects of bolted connection structure and temperature field on the vibration characteristics of casing are analyzed.The results show that the stiffness of the casing decreases due to the existence of bolted connection structure, and the pretightening force, the distribution of bolts and the number of bolts will affect the bending stiffness and vibration frequency of the casing.The contact thermal resistance of bolted joints is affected by temperature and micro-morphology of the joints, and the vibration characteristics of discontinuous aero-engine casing are analyzed.The reliability of simulation calculation can be improved by retaining the bolted connection structure of the actual casing and considering the temperature field.These conclusions can be used to guide the design, development and fault diagnosis of aeroengine, and have certain engineering value.
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V231.92

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本文编号：1716339