燃?xì)廨啓C(jī)在航空、艦船、發(fā)電等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,在國(guó)防戰(zhàn)略、電力能源方面占據(jù)極其重要地位。燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際工況通常由高溫、高壓、高速、氣-固-熱多場(chǎng)耦合而成,燃?xì)廨啓C(jī)周向拉桿轉(zhuǎn)子軸系結(jié)構(gòu)復(fù)雜,是具有強(qiáng)耦合、高維、非線性的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。本文依托航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)重大專項(xiàng)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目:《燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)與振動(dòng)控制研究》,針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)周向拉桿轉(zhuǎn)子輪盤接觸效應(yīng)、模型等效約化處理方法及非線性動(dòng)力學(xué)分析方面展開研究。針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)周向拉桿轉(zhuǎn)子輪盤接觸效應(yīng)分析,從微觀入手,結(jié)合赫茲接觸理論和變形光滑的邊界條件,推導(dǎo)了單峰微凸體接觸各個(gè)階段的接觸面積、平均接觸壓力和接觸載荷的表達(dá)式。結(jié)合單峰接觸理論和微凸體峰高數(shù)學(xué)分布函數(shù),積分求得燃機(jī)轉(zhuǎn)子輪盤宏觀尺度接觸面的接觸力學(xué)模型。在四種塑性指數(shù)條件下,比較了三種接觸模型接觸面積、法向載荷、法向接觸剛度與平均表面間距的關(guān)系,總結(jié)參數(shù)的變化規(guī)律并分析了其原因。針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)拉桿轉(zhuǎn)子模型等效約化方法,為考慮接觸效應(yīng)引入虛擬材料層,通過控制虛擬材料層參數(shù)變化反映各輪盤間的接觸效應(yīng)。基于應(yīng)變能理論,確定了等效后軸段特征參數(shù)并給予數(shù)學(xué)表征,結(jié)合有限元軟件編制了提取... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

有限元接觸模型

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-11-生轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)變?yōu)榻佑|部分整體塑性變形，如圖2-3（d）所示，等值的高應(yīng)力幾乎占據(jù)半球體內(nèi)部的全部空間，接觸面也全部處于最大應(yīng)力狀態(tài)。通過有限元接觸分析，發(fā)現(xiàn)接觸對(duì)的狀態(tài)是三種變形狀態(tài)依次轉(zhuǎn)換，具有光滑過渡的特征。為下文中提出單峰連續(xù)變形接觸理論的推導(dǎo)提供了一定的參考。2.2.2單峰微凸體接觸理論在單峰微凸體的接觸理論分析中，采用圖2-1簡(jiǎn)化后的模型，在剛性體與彈塑性半球體的接觸中，對(duì)兩接觸單元施加法向載荷，接觸部分的變形前后形貌變化關(guān)系如圖2-4所示。圖2-4接觸過程變形示意圖其中，虛線輪廓代表變形前的形狀，粗實(shí)線輪廓代表變形后的形狀。d代表兩接觸面間平均距離數(shù)值，z代表峰高數(shù)值。其中，ω為載荷方向的變形量：=zd（2-4）在單峰接觸分析中，法向變形量ω的變化對(duì)接觸面積、法向載荷和接觸剛度影響巨大。隨著變形量ω的增大，接觸狀態(tài)由彈性接觸轉(zhuǎn)化為彈塑性接觸，之后再轉(zhuǎn)化為塑性接觸。彈性接觸和塑性接觸可以采用赫茲接觸理論解釋，而彈塑性接觸理論涉及到諸多不確定因素，很難通過現(xiàn)有理論解釋。然而，微凸球在變形過程中，有兩種情況，一是彈性接觸轉(zhuǎn)為彈塑性接觸，二是彈塑性接觸轉(zhuǎn)為塑性接觸，

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-27-第3章燃機(jī)轉(zhuǎn)子模型等效約化方法3.1引言燃機(jī)拉桿拉桿轉(zhuǎn)子實(shí)際結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輪盤界面形狀不規(guī)則，建模存在一定的誤差，不能精確求解原結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。因此，需尋求一套在保持模型主要特征參數(shù)不丟失的情況下能夠簡(jiǎn)化實(shí)際模型的處理方法。本章首先通過材料力學(xué)變形關(guān)系，通過虛擬材料層代替輪盤間由拉桿力引起微觀變形的接觸效應(yīng)，推導(dǎo)并得到虛擬材料層的參數(shù)，建立了具有復(fù)雜界面形狀的燃機(jī)轉(zhuǎn)子模型，之后采用應(yīng)變能法對(duì)考慮接觸效應(yīng)的模型進(jìn)行工程等效約化處理，并對(duì)等效處理后的參數(shù)進(jìn)行表征，最后得到等效處理后具有實(shí)體結(jié)構(gòu)的燃機(jī)轉(zhuǎn)子模型。3.2等效虛擬材料層參數(shù)計(jì)算目前考慮燃機(jī)拉桿轉(zhuǎn)子的接觸效應(yīng)研究大多是對(duì)接觸界面剛度的研究，將接觸面的剛度等效為無厚度的鉸鏈-彈簧模型，但此模型需要實(shí)驗(yàn)標(biāo)定剛度參數(shù)且不足以全面反映輪盤接觸面的力學(xué)特征，在實(shí)際應(yīng)用中耗時(shí)較長(zhǎng)且結(jié)果存在一定誤差。為解決上述問題，本節(jié)引入虛擬材料層建立輪盤結(jié)合面模型，通過虛擬層的材料本身參數(shù)（彈性模量E、泊松比μ、密度ρ、厚度l）表征接觸面在橫振過程中力學(xué)特性。圖3-1輪盤接觸效應(yīng)轉(zhuǎn)換虛擬材料如圖3-1所示，將拉桿結(jié)構(gòu)略去，用虛擬材料層進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，根據(jù)虛擬材料層參數(shù)的影響因素，可以建立虛擬材料層的數(shù)學(xué)模型為：


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