【摘要】：航空發(fā)動機中復雜的轉子結構廣泛使用螺栓進行緊固,螺栓節(jié)點的預應力和預變形是保證整機穩(wěn)定性和可靠性的關鍵輸入參數,其主要通過擰緊螺母轉化為螺栓預拉伸實現(xiàn)。由于螺栓節(jié)點是一個復雜的多接觸系統(tǒng),接觸面的加工誤差將不可避免地擴大預緊力離散,若缺乏相應機理研究,不僅會導致整機震動超差,也使得發(fā)動機的減重優(yōu)化因缺乏指導而難以推進。此外,螺栓擰緊完成后殘余扭矩的形成機理至今缺乏理論依據,導致緊固性能預測存在缺陷,留下嚴重安全隱患。針對上述問題,本文將幾何偏差引入螺栓預緊力和殘余扭矩形成的分析之中,得出了給定幾何公差內兩者的偏差范圍,并補充分析了殘余扭矩在服役工況下的變化規(guī)律。首先,本文針對擰緊加載過程中的扭矩-預緊力關系,通過非平行端面、螺紋螺距和牙型角等幾何偏差對接觸應力分布的影響,分析了各接觸面摩擦半徑和分解扭矩變化,得出了幾何偏差對預緊力偏差的影響機理。為模擬幾何偏差下螺栓節(jié)點的擰緊過程,建立了參數化有限元模型,通過三維真實螺紋擰緊仿真,分析了幾何偏差下螺栓的擰緊過程,并通過擰緊實驗驗證了所建模型對預緊力仿真的精度。在上述工作的基礎上,本文繼續(xù)研究了加載撤銷后螺栓殘余扭矩的形成機理,通過節(jié)點分解扭矩和扭轉剛度的變化規(guī)律,分析了幾何偏差對螺栓殘余扭矩的影響機理。然后,通過有限元仿真得出了幾何偏差和非幾何偏差參數對殘余扭矩的影響規(guī)律,并通過擰緊實驗證了模型對殘余扭矩仿真的精度。為進一步研究螺栓殘余扭矩在服役工況下的變化,本文提出了受剪工況下轉子法蘭非均勻變形的假設,分析了螺栓殘余扭矩變化與法蘭變形的關系,并通過有限元仿真得出了螺栓位置、螺栓個數和法蘭幾何參數對螺栓殘余扭矩變化的影響。在單軸拉伸實驗中,通過盤面變形測試驗證了仿真模型的計算精度。本文將接觸面的幾何偏差引入了螺栓預緊力和殘余扭矩形成機理的分析之中,完善了對裝配工藝誤差機理的認知,為針對幾何偏差的影響主動設計工藝以提高裝配精度提供了指導。本文的研究過程也涉及螺栓節(jié)點內應力和接觸狀態(tài)的變化規(guī)律,也為后續(xù)在幾何偏差下研究螺栓組裝配工藝和螺栓服役性能退化的工作提供了理論依據。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V263;TH131.3

【參考文獻】

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1 周先輝;孫友松;張爾文;;基于有限元方法的傳動螺紋螺牙軸向載荷分布規(guī)律分析[J];機械設計與制造;2008年01期

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本文編號：2711006