双层机匣包容性研究

发布时间：2017-07-17 23:36

  本文关键词：双层机匣包容性研究

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【摘要】：航空发动机中的机匣包容性问题是十分重要的研究课题。航空发动机中的双层结构设计越来越受到青睐,研究其较于单层的优越性也越来越受到重视。对双层金属机匣包容性的研究不仅在学术上是一种进步,对航空发动机的工程应用也有着十分重要的前景意义。本文研究了双层金属机匣的抗冲击能力及内衬复合材料机匣的包容能力。主要从厚度比和两板之间的间距角度来进行建模和数值分析。主要得出以下结论：在相同厚度(即双层板的内、外层板厚度相加后与单层板厚度相同)下,双层的包容能力强于单层；层间距对包容性的影响是不可定性的,并不随层间距的改变呈明显的规律趋势；不同的厚度比对包容性有较大的影响,厚度比越小,即内层板与外层板的比值越小,外层相对吸收的能量也就越多,整体的抵抗能力也就有所提升。内衬凯芙拉复合材料则采用复合层板的建模方式,建立复合材料纤维在不同铺层方式下的模型,并进行模拟比较。建立内衬5mm、15mm、25mm复合材料层模型,并发现随着复合层板层数的增加,靶板的抗冲击能力逐渐增大。同时也对机匣安装边螺栓的抗冲击能力进行了初步的研究验证。对现今应用最广的三大机匣包容准则采用数值试验的方法对其临界速度做了验证,并分析了较适用于打靶模型的包容准则。在塑性动力学基础上,运用叶片冲击力简化为动载荷的方法对其冲击薄板的经过进行理论的分析和推导,并采用数值模拟的方法初步建立了双层靶板的包容准则,通过对叶片的剩余速度、靶板最大挠度的研究及靶板能量变化来建立一定的关系式,得到双层靶板临界速度的近似值。
【关键词】：航空发动机 双层机匣 层间距 厚度比 数值模拟 双层包容性准则
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V23
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-13
• 2 包容性理论13-17
• 2.1 非包容失效模式13-14
• 2.2 包容性影响因素14-15
• 2.2.1 断裂叶片的影响14
• 2.2.2 机匣自身的影响14-15
• 2.3 靶板动态响应的影响15-17
• 2.3.1 撞击速度对靶板结构动态响应的影响15-16
• 2.3.2 靶板厚度对靶板结构动态响应的影响16-17
• 3 双层金属机匣抗冲击数值模拟17-29
• 3.1 有限元模型17-21
• 3.1.1 LS-DYNA17-18
• 3.1.2 几何模型18-19
• 3.1.3 材料模型19-20
• 3.1.4 网格划分20
• 3.1.5 定义接触及边界条件20-21
• 3.1.6 设置时间步长21
• 3.2 双层靶板数值仿真结果与分析21-22
• 3.3 层间距对抗冲击能力的影响22-25
• 3.3.1 5mm+5mm22-23
• 3.3.2 8mm+2mm23-24
• 3.3.3 2mm+8mm24-25
• 3.4 厚度分配比对抗冲击能力的影响25-26
• 3.5 双层靶板与单层靶板的比较26-28
• 3.6 本章总结28-29
• 4 内衬复合材料机匣的数值仿真研究29-36
• 4.1 本构模型29-32
• 4.1.1 Kevlar纤维铺层角及铺层数29-30
• 4.1.2 有限元模型30-31
• 4.1.3 材料模型31-32
• 4.2 试验结果分析32-35
• 4.2.1 铺层方式32-34
• 4.2.2 复合层板不同厚度比较34-35
• 4.3 本章总结35-36
• 5 安装边和螺栓连接结构的抗冲击数值模拟36-43
• 5.1 模型参数设置36-39
• 5.1.1 模型建立36-37
• 5.1.2 材料定义37-38
• 5.1.3 参数设置38-39
• 5.2 仿真结果分析39-42
• 5.2.1 叶片不同撞击姿态的影响39-40
• 5.2.2 从螺栓所受的碰撞力角度分析40-42
• 5.3 本章总结42-43
• 6 双层机匣包容准则探讨43-59
• 6.1 包容性准则简介43-45
• 6.2 机匣包容性评估方法验证45-46
• 6.3 板间接触碰撞对包容性的影响46-47
• 6.4 双层靶板冲击理论分析47-51
• 6.5 双层机匣包容准则的初步建立51-58
• 6.5.1 剩余速度与撞击速度的关系51-52
• 6.5.2 2mm板未被击穿情况时,最大挠度值与撞击速度的关系52-53
• 6.5.3 2mm板被击穿情形时最大挠度值的变化趋势53-54
• 6.5.4 叶片速度损失系数54-55
• 6.5.5 冲击过程中的动能变化研究55-56
• 6.5.6 双层包容准则56
• 6.5.7 验证正确性56-58
• 6.6 本章总结58-59
• 7 总结与展望59-61
• 7.1 总结59-60
• 7.2 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：555148