航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子-空心軸裂紋系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)機(jī)的核心部件,本文以某航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子-空心軸系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)空心軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的建模問(wèn)題和含有橫向裂紋系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)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(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),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(dòng)力學(xué)有限元計(jì)算方法,對(duì)比計(jì)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(dòng)頻率等

2、動(dòng)力學(xué)特性,通過(guò)與商用有限元軟件ANSYS的數(shù)值仿真結(jié)果對(duì)比,表明應(yīng)用Timoshenko梁-軸模型計(jì)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(duì)Timoshenko梁-軸段的復(fù)雜離散模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,得到了非線性動(dòng)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(dòng)力學(xué)有限元計(jì)算方法對(duì)簡(jiǎn)化前后的模型進(jìn)行計(jì)算對(duì)比分析,表明在誤差允許范圍內(nèi)簡(jiǎn)化是有效合理的。
　　隨后,基于裂紋單元截面

3、中性軸時(shí)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(kāi)軸裂紋的Rayleigh梁-實(shí)心軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)推廣到適用于含有橫向常開(kāi)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(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子含有橫向常開(kāi)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(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程進(jìn)行求解,并分析了裂紋深度、裂紋位置對(duì)系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速等動(dòng)力學(xué)特性的影響,結(jié)果表明,裂紋的出現(xiàn)會(huì)降低系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速,位于約束端附近的

4、淺裂紋對(duì)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(duì)系統(tǒng)影響較大。同時(shí),計(jì)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(dòng)響應(yīng),得到了系統(tǒng)軸心軌跡圖、無(wú)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(dòng)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(shí)減弱甚至消失,同時(shí)轉(zhuǎn)速在過(guò)亞臨界轉(zhuǎn)速附近時(shí)軸心軌跡有