考慮表面接觸的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)特性.pdf

1、先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)一般包括低壓風(fēng)扇轉(zhuǎn)子、套齒聯(lián)接結(jié)構(gòu)以及低壓渦輪轉(zhuǎn)子三部分，其套齒聯(lián)接結(jié)構(gòu)通過套齒界面、定位界面、螺栓連接界面的接觸實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)力傳遞，界面接觸是一個(gè)對界面參數(shù)和裝配工藝較為敏感的、具有不確定性的微觀力學(xué)過程。本文以渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為研究背景，針對采用套齒連接結(jié)構(gòu)連接的低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的大量接觸面，以Hertz接觸為基礎(chǔ)，考慮粗糙表面微凸體接觸變形的連續(xù)性

2、，把微凸體變形階段劃分為：初期彈塑性變形、中期彈塑性變形、后期彈塑性變形，建立臨界點(diǎn)連續(xù)的粗糙表面彈塑性接觸模型，仿真表明：所提出的模型與經(jīng)典的KE和ZMC模型曲線擬合良好，變化趨勢一致，并具有臨界點(diǎn)連續(xù)的優(yōu)點(diǎn)。⑵由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中接觸面多采用螺栓連接，且螺栓預(yù)緊力會(huì)顯著影響接觸表面接觸剛度。建立了典型的螺栓連接實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)螺栓連接結(jié)構(gòu)的前六階固有頻率隨著螺栓預(yù)緊力增大而增大，基于薄層單元理論，采用改變薄層單元彈性模量模擬螺栓預(yù)緊力變

3、化，分析獲得接觸剛度模型。從而實(shí)現(xiàn)了通過探索螺栓結(jié)構(gòu)固有頻率隨著螺栓預(yù)緊力的變化來預(yù)估粗糙表面接觸剛度的變化。⑶對低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的聯(lián)軸器----復(fù)雜套齒聯(lián)接結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，采用獲得的螺栓連接狀態(tài)的接觸剛度力學(xué)模型，用薄層單元法對螺栓連接、套齒嚙合、定位面接觸進(jìn)行等效，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜套齒連接結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確有限元建模。在此基礎(chǔ)上，采用有限元模擬了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性，結(jié)果表明，低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)與不平衡量呈線性關(guān)系，隨著螺栓預(yù)緊扭矩提

4、高，前兩階臨界轉(zhuǎn)速和不平衡響應(yīng)均略有提高。⑷對現(xiàn)有的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行改造，分別開展固有頻率測試、不平衡響應(yīng)、螺栓預(yù)緊力等，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)測試固有頻率與仿真誤差為6.67%；隨著不平衡質(zhì)量增加，不平衡響應(yīng)近似線性增加；隨著螺栓預(yù)緊力的增大，不平衡響應(yīng)非線性增大。從定性角度，仿真和實(shí)驗(yàn)測試均表明，隨著螺栓扭矩的增加，轉(zhuǎn)子振動(dòng)響應(yīng)振幅均有所增加；從定量角度，其誤差主要源于初始不平衡質(zhì)量難以確定、測點(diǎn)位置之間的差異等。綜上，