航空发动机盘鼓式转子振动引起的疲劳问题研究

发布时间：2017-05-29 19:05

  本文关键词：航空发动机盘鼓式转子振动引起的疲劳问题研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：航空发动机作为飞机的心脏,直接关系着飞机的性能,而航空发动机转子,更是燃气轮机的关键部件,其复杂的结构组成,以及恶劣的工作环境,导致转子在工作中易发生低周疲劳、高周疲劳、热疲劳、蠕变、腐蚀、摩擦等多种损耗,严重影响航空发动机的安全性。由于转子工作中常承受循环载荷,因此疲劳失效为其最常见的失效形式。军用飞机常常为适应实际战斗的多变性,需要频繁的启停并在多种工况间快速切换,当转子工况发生变化时,一方面随着燃气与转子间的温差增大,转子启停循环中将在应力集中处出现交变热应力;另一方面转子在过临界转速时由于振幅的突增和突降,将产生较大的交变机械应力,这些均导致转子产生疲劳损耗。现有的研究多集中在转子热应力引起的疲劳问题,而关于转子振动对其疲劳寿命影响的研究较少,因此开展航空发动机转子振动引起的疲劳问题研究很有意义。本文建立了瞬态转子动力学模型,采用数值积分的方法获得转子不同瞬态启停过程的不平衡响应,得到了转子在对称支承和非对称支承时不同不平衡量及启动速度下的瞬态动力学特性。在此基础上,分析了转子交变机械应力产生的机理,并结合“临界平面法”和雨流计数法获得了转子对称支承和非对称支承下的低周疲劳寿命,探讨了不平衡量大小和支承对称性对转子低周疲劳寿命的影响。建立了转子的轴对称有限元模型,仿真得到转子稳态运行时的温度分布及热应力和离心力引起的静应力分布,结合非对称支承下转子产生的交变应力结果,计算了转子不同不平衡量大小和支承对称性下转子的高周疲劳寿命。通过本文的研究,分析了航空发动机转子瞬态启停时的振动情况,探讨了启动时间、转子不平衡量和转子支承对称性对其瞬态动力学特性的影响;获得了不同启动条件下转子的低周疲劳寿命和高周疲劳寿命。研究发现转子的不对称性将导致转子的低周疲劳寿命大幅减小,并引起航空发动机转子出现高周疲劳。
【关键词】：航空发动机 转子 疲劳寿命 瞬态动力学 非对称支承
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V231.92
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析10-16
• 1.2.1 转子低周疲劳寿命研究现状10-14
• 1.2.2 转子高周疲劳寿命研究现状14-16
• 1.2.3 现有研究结果的不足16
• 1.3 主要研究内容16-18
• 第2章 航空发动机转子瞬态不平衡响应分析18-46
• 2.1 引言18
• 2.2 转子瞬态动力学响应求解方法18-26
• 2.2.1 转子瞬态动力学模型建立18-22
• 2.2.2 Timoshenko梁单元模型22-24
• 2.2.3 转子瞬态动力学方程数值积分解法24-26
• 2.3 航空发动机转子模型介绍26-29
• 2.3.1 发动机整体简介26-28
• 2.3.2 F100 高压转子动力学模型28-29
• 2.4 航空发动机转子瞬态不平衡响应分析29-45
• 2.4.1 对称支承下转子不平衡响应分析29-36
• 2.4.2 非对称支承下转子不平衡响应分析36-45
• 2.5 本章小结45-46
• 第3章 航空发动机转子低周疲劳寿命分析46-75
• 3.1 引言46
• 3.2 低周疲劳分析理论基础简介46-54
• 3.2.1 Timoshenko梁单元应力计算方法46-49
• 3.2.2 雨流计数法49-50
• 3.2.3 临界平面法疲劳损伤模型50-54
• 3.3 航空发动机转子低周疲劳寿命分析54-74
• 3.3.1 对称支承下航空发动机转子低周疲劳寿命分析54-65
• 3.3.2 非对称支承下航空发动机转子低周疲劳寿命分析65-74
• 3.4 本章小结74-75
• 第4章 航空发动机转子高周疲劳寿命分析75-103
• 4.1 引言75
• 4.2 转子稳定运行时静应力分析75-82
• 4.2.1 转子高周疲劳寿命分析模型75-76
• 4.2.2 转子有限元模型76-78
• 4.2.3 转子温度分布及静应力仿真结果78-82
• 4.3 转子稳定运行时的交变应力分析82-91
• 4.3.1 转子稳态运动时旋转坐标系下轴心轨迹分析82-83
• 4.3.2 非对称支承下转子表面应力分析83-91
• 4.4 转子高周疲劳寿命分析91-101
• 4.4.1 转子高周疲劳寿命计算流程91-92
• 4.4.2 不平衡量大小对转子高周疲劳寿命影响分析92-98
• 4.4.3 转子支承不对称性对高周疲劳寿命的影响98-101
• 4.5 本章小结101-103
• 结论与展望103-105
• 参考文献105-109
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文109-111
• 致谢111

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 赵永辉;陈斌;陈海辉;;浅谈机械振动诊断[J];广东化工;2013年21期

2 包名;尚德广;陈宏;;一种新的随机多轴疲劳寿命预测方法[J];机械强度;2012年05期

3 毕继红;陈花丽;任洪鹏;;基于雨流计数法的接触线疲劳寿命分析[J];铁道学报;2012年06期

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本文编号：405487