航空发动机螺栓连接转子的振动特性研究

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1、天津大学硕士学位论文航空发动机螺栓连接转子的振动特性研究StudiesonVibrationCharacteristicofAero-engineRotorwithBoltJoint一级学科：力学学科专业：一般力学与力学基础作者姓名：刘卓乾指导教师：曹树谦教授天津大学机械工程学院二零一五年十二月中文摘要螺栓连接结构简单，可操作强，安装方便，连接刚性良好，因此广泛应用于航空发动机转子连接结构中。由于工作环境复杂，螺栓连接结构也常常产生如预紧力松弛、疲劳失效等故障，而螺栓连接本身的非线性特性也使得被连

2、接转子的实际运动状态相对复杂。另外开展航空发动机转子整体的细致化、参数化建模工作也势在必行，螺栓连接结构作为重要结构，其参数化工作也亟待开展。本文在总结先前学者研究成果的基础上开展了关于含螺栓连接转子系统的振动特性研究，结合有限元仿真计算进行了结构动力学研究，尤其进行了细致的非线性稳态动力学响应研究，主要工作和成果如下：1.细致地研究了螺栓连接在各个受力方向上的变形力学特性，分别从轴向，径向，以及弯曲变形三个方面给出了螺栓连接转子的定性参数化模型。讨论了一个含螺栓连接的薄壳结构在轴向、横向和弯曲变

3、形的力学特性规律。2.设计构造了一个含有螺栓法兰连接的薄壳转子模型，使其近似航空发动机转子结构。基于Workbench对该模型进行了转子动力学研究，对于得到的坎贝尔图和各阶位移云图进行分析，发现了螺栓连接对转子临界转速的一些影响。3.基于有限元计算的内容建立了简化转子系统模型，采用数值计算方法着重分析了含螺栓连接系统的非线性稳态动力学响应。发现了等效预紧力变化对转子系统运动状态的影响规律，揭示了转子弯曲程度在转子系统动力学行为中起到的重要影响。并且分析了系统能量的集中位置，解释了在二阶临界转速附近

4、发生复杂运动的原因。4.基于遗传算法设计了识别含螺栓连接转子系统非线性弯曲变形刚度的方法，对于不同噪声程度下的识别结果进行了比对，发现该方法在不同噪声影响下鲁棒性良好。本文在含有螺栓连接的航空发动机转子系统其非线性动力学研究上获得了一些成果，对于研究连接结构对转子动力学的影响有一定指导意义。关键词：航空发动机；转子动力学；螺栓连接；非线性动力学IAbstractBoltjointstructureissimple,easytoapply,easytosetupandhasasolidstiffne

5、ss,soitiswidelyusedinjointstructuresofaero-engine.Duetothecomplexworkingenvironment,boltjointmaybeloosenandfailurebyfatigue.Thenonlinearityinboltjointitselfwillalsobringarelativecomplexmotiontorotor.Whatismore,itisimperativetoconductaparametricandadet

6、ailedmodelingworkonaero-engine.Asanimportantstructure,aparametricworkonboltjointisindeed.Basedonpioneers’work,thisarticlecarryonaresearchonrotorsystemwithboltjoint,includingastructuredynamicsresearchwiththemethodoffiniteelementsimulate,especiallyadeta

7、iledworkonnonlinearsteadyresponse.Theworksandresultsofthisarticleisasfollows:1.Adetailedworkoncharacteristicofdeformationforceindifferentdirectionsofboltjointisdeveloped.Aparametricmodelisgiveninaxial,radialandbendingdirections.Insuchdirections,deform

8、ationforcemodelisalsotalkedaboutinashellwithboltjoint.2.Inordertogettingclosewitharealaero-engine’srotor,ashellrotorwithboltjointisdesigned.ApplyingWorkbench,someconclusioniscameupwithbytheanalysisontheCampbelldiagramandDisplacementnephogram,t