【摘 要】
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连接结构作为航空发动机转子中不可或缺的结构形式,其连接状态和刚度特性直接影响着航空发动机的工作状态。目前航空发动机转子连接结构领域对于螺栓连接、套齿连接等连接结构的研究已进行多年且取得了颇多富有工程实践意义的研究成果,但是对于止口连接结构的研究则相对较少。随着近些年来航空发动机性能水平的日益提高,对转子整体重量、连接结构的强度和工作稳定性等方面提出了更高的要求,因此止口连接由于其结构形式简单、便于
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目:非线性支承转子系统振动分析及应用(编号:11572082);
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连接结构作为航空发动机转子中不可或缺的结构形式,其连接状态和刚度特性直接影响着航空发动机的工作状态。目前航空发动机转子连接结构领域对于螺栓连接、套齿连接等连接结构的研究已进行多年且取得了颇多富有工程实践意义的研究成果,但是对于止口连接结构的研究则相对较少。随着近些年来航空发动机性能水平的日益提高,对转子整体重量、连接结构的强度和工作稳定性等方面提出了更高的要求,因此止口连接由于其结构形式简单、便于装配、无需附加连接件等特点,在现代航空发动机转子结构中的使用日益广泛。然而与国外相比,国内对于止口连接结构的研究相对较少,鲜有学者对其刚度特性展开深入研究。本文在前人研究成果的基础上,针对转子止口连接结构的刚度特性及其影响规律展开研究,进一步确定止口连接结构在工作状态下的刚度变化原因,从而为其结构设计提供一定的参考。主要研究内容包括:(1)针对典型的航空发动机止口连接结构工作原理和受力状态展开分析,通过建立止口结构的有限元模型并对影响其连接刚度的各类因素进行研究。确定了导致止口连接结构刚度变化的主要参数以及在外载荷作用下止口连接刚度的变化规律,为进一步研究其刚度变化原因和各类参数对其刚度的影响规律提供了参考;(2)止口结构的装配过盈量是影响其连接刚度和可靠工作的重要因素之一,针对工作状态下止口配合面过盈量的变化规律展开研究,推导得到了止口过盈量在受到热载荷和离心载荷作用时的变化规律和计算方法,为止口结构设计时装配过盈量的确定提供了理论依据;(3)针对横向载荷作用下的止口结构刚度稳健性进行研究,通过理论分析与有限元仿真相结合的方法对止口连接结构端面压力的分布规律进行分析,并通过临界弯矩值表征止口连接刚度稳健性。展开灵敏度分析,确定了临界弯矩对不同结构参数和装配参数的敏感程度,对止口结构刚度稳健性设计具有一定意义;(4)针对工作状态下的止口连接结构刚度计算方法进行了推导,并利用该方法对一转子试验台中的止口结构刚度进行计算,在考虑止口连接结构刚度损失的基础上,通过有限元仿真与模态试验结果的对比发现考虑止口刚度损失可以提高有限元计算结果的准确性。
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