本文關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子系統(tǒng)復(fù)雜動態(tài)特性的響應(yīng)面法研究

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【摘要】：轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是航空發(fā)動機的重要組成部分,如何快速、高效地找出影響轉(zhuǎn)子動力學(xué)響應(yīng)特性的關(guān)鍵因素,設(shè)計出滿足性能要求的結(jié)構(gòu)和解決各類轉(zhuǎn)子動力學(xué)故障,是現(xiàn)今航空領(lǐng)域?qū)＜液蛯W(xué)者針對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)方面的一個研究方向。針對轉(zhuǎn)子動力學(xué)問題求解時間長和計算規(guī)模大的問題,本文提出將響應(yīng)面法用于求解轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng)特性,結(jié)合試驗設(shè)計、函數(shù)擬合和有限元仿真計算,實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速特性和葉片-機匣碰摩熱-結(jié)構(gòu)耦合動力學(xué)響應(yīng)特性的響應(yīng)面法研究。具體研究內(nèi)容歸納如下:(1)總結(jié)了響應(yīng)面分析中常用的方法及其適用范圍和特點,為后面選取合適的試驗點篩選準(zhǔn)則和響應(yīng)面函數(shù)擬合方法,以及進行轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速特性和葉片-機匣碰摩熱-結(jié)構(gòu)耦合動力學(xué)響應(yīng)特性的響應(yīng)面分析做準(zhǔn)備;(2)將響應(yīng)面法引入到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速特性的求解中,把結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有較多自由度的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型用響應(yīng)面模型代替,給出了一種求解變軸徑轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速特性的響應(yīng)面方法。以轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計變量,以一階臨界轉(zhuǎn)速值為響應(yīng),進行試驗點篩選和響應(yīng)面函數(shù)擬合,建立了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的響應(yīng)面模型。通過對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速特性進行靈敏度分析,獲取關(guān)鍵因素對臨界轉(zhuǎn)速的影響;(3)研究了摩擦熱-結(jié)構(gòu)耦合場的分析方法及流程,基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的Fourier方程,建立了葉片與機匣碰摩的熱-結(jié)構(gòu)耦合模型,采用直接耦合法進行葉片-機匣碰摩熱-結(jié)構(gòu)耦合動力學(xué)響應(yīng)特性研究。通過與不考慮溫度效應(yīng)時的計算結(jié)果進行對比,可以看出溫度效應(yīng)對結(jié)構(gòu)應(yīng)力場具有較為明顯的影響,因而不能忽略碰摩熱效應(yīng)的影響;(4)建立了葉片-機匣的碰摩熱-結(jié)構(gòu)耦合動力學(xué)響應(yīng)特性的響應(yīng)面模型,提出了葉片-機匣碰摩熱-結(jié)構(gòu)耦合特性的響應(yīng)面分析技術(shù)。以壓力載荷、轉(zhuǎn)速及摩擦系數(shù)為設(shè)計變量,得到了結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)力與上述設(shè)計變量之間的函數(shù)關(guān)系,并進一步研究了葉片-機匣結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場隨上述因素的變化趨勢。
【關(guān)鍵詞】：轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 動態(tài)特性 響應(yīng)面法 摩擦熱效應(yīng) 熱-結(jié)構(gòu)耦合 有限元法
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V231.96
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13
• 縮略語表13-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 響應(yīng)面法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.3 轉(zhuǎn)靜子間摩擦熱耦合特性的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 課題來源及主要研究內(nèi)容18-20
• 1.3.1 課題來源18
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容18-20
• 第二章 響應(yīng)面方法介紹20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 試驗設(shè)計20-23
• 2.3 響應(yīng)面模型的構(gòu)造23-26
• 2.4 試驗點樣本值的預(yù)處理26-27
• 2.5 響應(yīng)面擬合度評價指標(biāo)27-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第三章 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速特性的響應(yīng)面分析29-47
• 3.1 引言29
• 3.2 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速特性的有限元計算29-35
• 3.2.1 臨界轉(zhuǎn)速的基本原理29-31
• 3.2.2 有限元法計算臨界轉(zhuǎn)速31-33
• 3.2.3 臨界轉(zhuǎn)速的影響因素33-35
• 3.3 單盤轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速特性的響應(yīng)面分析35-40
• 3.3.1 臨界轉(zhuǎn)速計算35-36
• 3.3.2 響應(yīng)面構(gòu)造與檢驗36-38
• 3.3.3 結(jié)果分析38-40
• 3.4 多盤轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速特性的響應(yīng)面分析40-46
• 3.4.1 臨界轉(zhuǎn)速計算40-41
• 3.4.2 響應(yīng)面構(gòu)造與檢驗41-44
• 3.4.3 結(jié)果分析44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 葉片與機匣碰摩接觸分析47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 接觸條件分析47-48
• 4.3 ANSYS接觸理論48-51
• 4.3.1 接觸問題的有限元方法48-50
• 4.3.2 ANSYS接觸單元50-51
• 4.3.3 ANSYS收斂準(zhǔn)則51
• 4.4 葉片-機匣碰摩接觸有限元模型的建立51-53
• 4.4.1 材料選擇及網(wǎng)格劃分52
• 4.4.2 摩擦接觸設(shè)置及邊界條件52-53
• 4.5 計算結(jié)果與分析53-55
• 4.5.1 葉片與機匣碰摩接觸過程53-54
• 4.5.2 葉片與機匣接觸表面的應(yīng)力場分析54-55
• 4.6 本章小結(jié)55-56
• 第五章 葉片與機匣碰摩熱-結(jié)構(gòu)耦合特性的響應(yīng)面分析56-70
• 5.1 引言56
• 5.2 熱-結(jié)構(gòu)耦合分析的理論基礎(chǔ)56-58
• 5.2.1 熱-結(jié)構(gòu)耦合場分析類型56-57
• 5.2.2 基于有限元法的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析57-58
• 5.3 摩擦生熱理論58-60
• 5.3.1 摩擦生熱理論模型58-59
• 5.3.2 摩擦生熱計算方法59
• 5.3.3 對流換熱系數(shù)的計算59
• 5.3.4 接觸熱阻處理59-60
• 5.4 葉片-機匣碰摩熱-結(jié)構(gòu)耦合有限元模型的建立60-61
• 5.4.1 網(wǎng)格劃分及單元選取60
• 5.4.2 材料屬性及邊界條件60-61
• 5.5 計算結(jié)果與分析61-65
• 5.5.1 葉片-機匣耦合場應(yīng)力分析61-63
• 5.5.2 葉片-機匣耦合場溫度分析63-65
• 5.6 葉片-機匣碰摩熱-結(jié)構(gòu)耦合特性的響應(yīng)面分析65-69
• 5.6.1 響應(yīng)面構(gòu)造與檢驗65-68
• 5.6.2 結(jié)果分析68-69
• 5.7 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 主要工作內(nèi)容70-71
• 6.2 展望71-72
• 參考文獻72-77
• 致謝77-78
• 在學(xué)期間參與的科研工作及研究成果78

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