【摘要】：螺栓連接結(jié)構(gòu)簡單,可操作強,安裝方便,連接剛性良好,因此廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)中。由于工作環(huán)境復(fù)雜,螺栓連接結(jié)構(gòu)也常常產(chǎn)生如預(yù)緊力松弛、疲勞失效等故障,而螺栓連接本身的非線性特性也使得被連接轉(zhuǎn)子的實際運動狀態(tài)相對復(fù)雜。另外開展航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子整體的細(xì)致化、參數(shù)化建模工作也勢在必行,螺栓連接結(jié)構(gòu)作為重要結(jié)構(gòu),其參數(shù)化工作也亟待開展。本文在總結(jié)先前學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上開展了關(guān)于含螺栓連接轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動特性研究,結(jié)合有限元仿真計算進行了結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究,尤其進行了細(xì)致的非線性穩(wěn)態(tài)動力學(xué)響應(yīng)研究,主要工作和成果如下:1.細(xì)致地研究了螺栓連接在各個受力方向上的變形力學(xué)特性,分別從軸向,徑向,以及彎曲變形三個方面給出了螺栓連接轉(zhuǎn)子的定性參數(shù)化模型。討論了一個含螺栓連接的薄殼結(jié)構(gòu)在軸向、橫向和彎曲變形的力學(xué)特性規(guī)律。2.設(shè)計構(gòu)造了一個含有螺栓法蘭連接的薄殼轉(zhuǎn)子模型,使其近似航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。基于Workbench對該模型進行了轉(zhuǎn)子動力學(xué)研究,對于得到的坎貝爾圖和各階位移云圖進行分析,發(fā)現(xiàn)了螺栓連接對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的一些影響。3.基于有限元計算的內(nèi)容建立了簡化轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型,采用數(shù)值計算方法著重分析了含螺栓連接系統(tǒng)的非線性穩(wěn)態(tài)動力學(xué)響應(yīng)。發(fā)現(xiàn)了等效預(yù)緊力變化對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運動狀態(tài)的影響規(guī)律,揭示了轉(zhuǎn)子彎曲程度在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)行為中起到的重要影響。并且分析了系統(tǒng)能量的集中位置,解釋了在二階臨界轉(zhuǎn)速附近發(fā)生復(fù)雜運動的原因。4.基于遺傳算法設(shè)計了識別含螺栓連接轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性彎曲變形剛度的方法,對于不同噪聲程度下的識別結(jié)果進行了比對,發(fā)現(xiàn)該方法在不同噪聲影響下魯棒性良好。本文在含有螺栓連接的航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)其非線性動力學(xué)研究上獲得了一些成果,對于研究連接結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)子動力學(xué)的影響有一定指導(dǎo)意義。
[Abstract]:The bolt connection structure is simple, the operation is strong, the installation is convenient, the connection rigidity is good, and therefore, the bolt connection structure is widely applied to the air engine rotor connecting structure. Due to the complex working environment, the bolt connection structure often results in a failure such as a pre-tightening force relaxation, a fatigue failure, and the like, and the non-linear nature of the bolt connection itself also makes the actual motion state of the connected rotor relatively complex. In addition, it is necessary to design the whole rotor of the aero-engine, and the parameterized modeling work is imperative, and the parametric work of the bolt connecting structure is also urgent. In this paper, on the basis of summarizing the research results of the previous scholars, the research on the vibration characteristics of the bolt-connected rotor system is carried out, and the structural dynamics research is carried out in combination with the finite element simulation calculation. In particular, the detailed nonlinear steady-state dynamic response study is carried out, and the main work and results are as follows: 1. The deformation and mechanical properties of the bolt connection in the stress direction are studied in detail, and the qualitative and parametric model of the bolt connection rotor is given from the three aspects of axial, radial and bending deformation, respectively. The mechanical properties of a thin-shell structure with bolted connection in axial, transverse and flexural deformation are discussed. A thin-shell rotor model with bolted flange connections is designed to approximate the structure of the aero-engine rotor. The rotor dynamics study of the model is carried out on the basis of Workbench, and the influence of the bolt connection on the critical speed of the rotor is found. The simplified rotor system model is established based on the finite element calculation, and the nonlinear steady-state dynamic response of the bolt-bearing system is analyzed by means of the numerical calculation method. The influence of the change of the equivalent pre-tightening force on the motion state of the rotor system is found, and the important influence of the rotor bending degree in the dynamic behavior of the rotor system is revealed. The concentrated position of the system energy is analyzed, and the cause of complex motion in the vicinity of the second-order critical speed is explained. Based on the genetic algorithm, a method for identifying the non-linear bending deformation stiffness of a bolt-bearing rotor system is designed, and the comparison is made on the recognition result under different noise levels, and the method has the advantages of good robustness under different noise effects. In this paper, some results have been obtained in the study of the nonlinear dynamics of the rotor system of the aero-engine with bolt connection, which is of great significance to the study of the influence of the connecting structure on the rotor dynamics.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V231.9

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3 趙U，

本文編號：2478205