螺栓联接对发动机机匣拉伸刚度的影响研究

发布时间：2017-07-29 08:16

  本文关键词：螺栓联接对发动机机匣拉伸刚度的影响研究

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【摘要】：航空发动机各段机匣之间主要通过螺栓来相互联接,螺栓联接结构的力学特性对整个飞机的优化设计至关重要。螺栓联接面的多重非线性导致结构刚度的不连续和非线性,使机匣结构动力学问题变为研究的薄弱环节。预紧力、载荷、振动、松弛、疲劳及螺栓自身结构等都会影响发动机的性能与可靠性。一般采用理论、有限元和试验的方法来揭示螺栓联接结构在力学环境下,接合面上接触压力、摩擦状态及载荷传递的变化情况。为联接结构可能出现的分离、密封失效、磨损等提供损伤识别和健康监测依据。本文借助ANSYS软件,对某机匣的纵向安装边的螺栓联接结构进行有限元建模。将有限元模型进行不同方式的处理,比较固有频率的计算与试验误差值,最终采用摩擦接触设置的模型进行本文的数值模拟,即通过预紧力单元和接触对的创建来模拟实际的接触。研究了结构在预紧力作用下各几何参数对螺栓拉伸刚度的影响。借助能量理论定性研究了螺栓拉伸刚度随预紧力和轴向载荷的变化。为了研究预紧力和外载荷对螺栓联接结构动力特性的影响,采用锤击法完成试验模态分析,获取结构的固有频率、阻尼比、振型以及频响函数。由于试件的加工误差和试验时夹持条件的限制,计算与试验测得的频率误差很大,采用参数型修正方法对有限元模型进行几何尺寸和边界条件的修正,修正后误差均小于5%,满足精度要求。为了定量的研究预紧力和轴向载荷共同作用对螺栓拉伸刚度的影响,根据结构的受力特性提出等效模型,给出拉伸刚度求解公式。对平面应变问题的单螺栓结构和多螺栓联接结构,数值模拟结果和刚度公式求得的解析解吻合的很好,说明该等效模型用于螺栓拉伸刚度的求解具有较好的精度。对多螺栓联接结构进行悬臂状态下的试验模态分析,从试验的角度验证了等效模型的正确性。
【关键词】：螺栓联接结构 拉伸刚度 模态分析 模型修正 等效模型
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V231
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 研究现状10-13
• 1.2.1 螺栓联接结构的刚度研究10-11
• 1.2.2 螺栓联接结构的试验研究11-12
• 1.2.3 模型修正技术12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 2 螺栓联接结构刚度的理论与试验基础14-25
• 2.1 预紧力与预紧力矩的关系14-15
• 2.2 螺栓联接结构受力分析15-17
• 2.3 试验模态分析17-24
• 2.3.1 模态分析理论17-20
• 2.3.2 试验装置与数据采集20-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 几何尺寸对螺栓拉伸刚度的影响25-42
• 3.1 有限元模型的建立25-30
• 3.1.1 几何参数及网格划分25-27
• 3.1.2 螺栓预紧力简化模型的选取27-30
• 3.2 几何尺寸对拉伸刚度的影响30-38
• 3.3 几何尺寸对固有频率的影响38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 外载荷对螺栓拉伸刚度的影响研究42-62
• 4.1 模型修正42-49
• 4.1.1 几何尺寸的修正44-47
• 4.1.2 边界条件的修正47-49
• 4.2 定性研究49-53
• 4.2.1 能量理论50-52
• 4.2.2 数值算例52-53
• 4.3 定量研究53-58
• 4.3.1 等效模型53-55
• 4.3.2 数值算例55-58
• 4.4 试验验证58-61
• 4.5 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况67-68
• 致谢68-69

【参考文献】

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1 栾宇;航天器结构中螺栓法兰连接的动力学建模方法研究[D];大连理工大学;2012年

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本文编号：588191