航空发动机四辐板风扇盘结构优化设计研究

发布时间：2020-03-28 02:18

【摘要】：风扇盘是风扇系统的重要组成构件之一,正常工作时承受着来自于自身和叶片的巨大离心载荷,其结构的优劣直接影响发动机的整体性能。宽弦风扇叶片的使用,能有效提高发动机涵道比,但同时也促使风扇盘轮缘宽度加宽,盘体质量增大。四辐板风扇盘能有效减轻盘体质量,提高大涵道比涡扇发动机推质比,对四辐板风扇盘结构进行优化设计研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文主要针对大涵道比涡扇发动机的四辐板风扇盘结构进行优化设计研究,探索三维四辐板风扇盘结构模型和载荷的二维简化方法,提出一种二维简化模型,并以此为基础对四辐板风扇盘结构进行优化设计。具体内容如下:首先,通过UG二次开发技术,实现多辐板风扇盘结构的参数化建模,创建多辐板风扇盘的实体模型。为获得合适的风扇盘结构,分别提出双辐板、三辐板和四辐板三种不同结构形式的风扇盘结构,并采用有限元法对三种不同形式风扇盘结构进行静强度分析。分别在总辐板厚度相同和同等应力水平两种约束条件下对比三种不同风扇盘结构静强度分析结果,确定出适用本课题风扇叶片的四辐板风扇盘结构。其次,提取四辐板风扇盘轮缘与轮缘凸块公共面上节点的节点力,研究三维四辐板风扇盘结构的载荷简化方法,提出一种非均布加载的轴对称模型(二维简化模型)。通过对比分析三维风扇转子周期对称有限元模型、施加均布载荷的二维轴对称模型以及施加非均布载荷的二维简化模型的有限元仿真结果,验证二维简化模型的可行性,并将二维简化模型运用到双辐板和三辐板风扇盘结构中,验证了二维简化模型的通用性。最后,选用复合形法对四辐板风扇盘二维简化模型进行辐板结构优化设计,获得四辐板风扇盘最优结构,并创建最优结构的三维有限元模型进行有限元强度分析,校验最优结构的设计结果。综上所述,本文通过研究风扇盘轮缘的载荷特性,提出了一种多辐板风扇盘二维简化模型,并以此为基础对四辐板风扇盘进行了结构优化设计。该设计方法可有效地降低有限元模型的规模,减少仿真分析时长,提高优化设计效率。这些工作及成果为进一步深入研究四辐板风扇盘结构优化设计奠定重要基础。
【图文】：

平面结构离散结果

三角形单元及其坐标系统
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V235.13

【参考文献】

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本文编号：2603771