考虑微动损伤影响的圆弧端齿优化设计方法研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:gengkc
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圆弧端齿因其定位精度高、自动定心、良好的结构稳定性及高承载能力等优点被广泛用于航空领域中。连接件中存在微动损伤现象,微动损伤会显著降低结构的疲劳寿命,而圆弧端齿是连接结构,因此,针对圆弧端齿的微动损伤研究是有必要也是有重大意义的。目前关于圆弧端齿结构设计的研究很多,而其中考虑微动疲劳的圆弧端齿结构设计较少,因此开展考虑微动损伤的圆弧端齿优化设计方法和微动疲劳寿命预测模型研究,具有重要的工程意义。  本文主要的研究工作和研究结论如下:  首先,建立了微动疲劳寿命预测模型并对微动损伤参量与微动疲劳寿命的关联性进行了研究。对二维圆弧端齿的微动特性进行了探讨并建立了最大摩擦功寿命预测模型,用该模型及其他微动损伤参量寿命预测模型对光滑试件进行了寿命预测和对比分析,对损伤参量与圆弧端齿寿命的相关性开展了研究以评估寿命预测模型的有效性。结果表明:最大摩擦功寿命预测模型预测误差最小,最大摩擦功与微动疲劳寿命的相关性最高,SWT参量、SSR参量和SOC参量和CCB参量与微动疲劳寿命的相关性较高,而FS参量与微动疲劳寿命之间的相关性偏低,与预测结果相吻合。  其次,对圆弧端齿结构应力和微动参数的敏度进行了分析。分析了圆弧端齿结构在不同几何参数、载荷和摩擦系数情况下的最大等效应力和微动参数的分布情况,得到了影响规律,结果表明:内径、全齿高系数、压力角、齿根过渡圆弧半径及预紧力对最大等效应力和微动参数的影响较大,山形底高和扭矩对其的影响较小。  最后,建立了基于RBF神经网络—遗传算法的圆弧端齿优化方法。根据圆弧端齿结构参数的敏度分析选择了设计变量,以结构的应力和微动疲劳寿命为约束条件,根据微动特性的研究选择以平均接触压力最小为目标函数,以三维有限元接触分析为基础建立了RBF神经网络代理模型,结合遗传算法对圆弧端齿进行了优化。研究结果表明:优化后目标函数和圆弧端齿的各项应力降低,且微动疲劳寿命明显提高。
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