航空發(fā)動機(jī)高壓轉(zhuǎn)子-空心軸裂紋系統(tǒng)動力學(xué)特性分析.pdf

1、轉(zhuǎn)子及其支承系統(tǒng)是航空發(fā)動機(jī)的核心部件,本文以某航空發(fā)動機(jī)高壓轉(zhuǎn)子-空心軸系統(tǒng)為研究對象,對空心軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的建模問題和含有橫向裂紋系統(tǒng)的非線性動力學(xué)問題進(jìn)行了研究,主要工作內(nèi)容如下:
　　首先,根據(jù)某型航空發(fā)動機(jī)高壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點,建立了該系統(tǒng)多圓盤、柔性轉(zhuǎn)子的線性離散模型,采用轉(zhuǎn)子動力學(xué)有限元計算方法,對比計算了彈性軸段分別采用Rayleigh梁-軸和Timoshenko梁-軸模型系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速、主振型、軸心軌跡和渦動頻率等

2、動力學(xué)特性,通過與商用有限元軟件ANSYS的數(shù)值仿真結(jié)果對比,表明應(yīng)用Timoshenko梁-軸模型計算結(jié)果誤差小、更準(zhǔn)確。
　　然后,基于“彎矩集中”和“縮減慣性參數(shù)”的原則對Timoshenko梁-軸段的復(fù)雜離散模型進(jìn)行簡化,得到了非線性動力學(xué)定性分析中常用的單跨雙盤模型和Jeffcott模型;采用轉(zhuǎn)子動力學(xué)有限元計算方法對簡化前后的模型進(jìn)行計算對比分析,表明在誤差允許范圍內(nèi)簡化是有效合理的。
　　隨后,基于裂紋單元截面

3、中性軸時變和形心隨裂紋擴(kuò)展變化原則求解裂紋轉(zhuǎn)子剛度的方法,由適用于含有橫向常開軸裂紋的Rayleigh梁-實心軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)推廣到適用于含有橫向常開軸裂紋的Timoshenko梁-空心軸裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng),建立了航空發(fā)動機(jī)高壓轉(zhuǎn)子含有橫向常開裂紋系統(tǒng)的單跨雙盤有限元模型。采用諧波平衡法(取4次諧波)對系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程進(jìn)行求解,并分析了裂紋深度、裂紋位置對系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速等動力學(xué)特性的影響,結(jié)果表明,裂紋的出現(xiàn)會降低系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速,位于約束端附近的

4、淺裂紋對系統(tǒng)影響較小,位于慣性參數(shù)較大圓盤附近的深裂紋對系統(tǒng)影響較大。同時,計算了系統(tǒng)在臨界轉(zhuǎn)速附近和亞臨界轉(zhuǎn)速(?c/n,n?2,3,4)附近的非線性振動響應(yīng),得到了系統(tǒng)軸心軌跡圖、無量綱裂紋深度下的三維幅頻響應(yīng)圖和三維頻譜圖,結(jié)果表明系統(tǒng)在臨界轉(zhuǎn)速處和亞臨界轉(zhuǎn)速(?c/n,n?2,3,4)處三維頻譜圖有峰值,在不同轉(zhuǎn)速下振動響應(yīng)中有高頻成分,且三倍頻一直存在,而二倍頻和四倍頻卻有時減弱甚至消失,同時轉(zhuǎn)速在過亞臨界轉(zhuǎn)速附近時軸心軌跡有