本文選題：螺栓連接結(jié)構(gòu)　切入點(diǎn)：接觸剛度　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制過(guò)程中,由于工藝的限制,航空發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部件特別是機(jī)匣是不連續(xù)的,這種結(jié)構(gòu)上的非連續(xù)性會(huì)影響機(jī)匣結(jié)構(gòu)的力熱傳遞特性,從而影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的振動(dòng)特性。在傳統(tǒng)的靜子機(jī)匣部件的振動(dòng)特性研究中,常常忽略機(jī)匣安裝邊的螺栓連接結(jié)構(gòu),認(rèn)為機(jī)匣是連續(xù)的,而且在計(jì)算中忽略溫度場(chǎng)的作用。忽略螺栓連接結(jié)構(gòu)及溫度的作用會(huì)影響有限元模型的準(zhǔn)確度,導(dǎo)致仿真計(jì)算的結(jié)果產(chǎn)生較大的偏差,使得計(jì)算結(jié)果失去可信度。本文以有限元法為基礎(chǔ),研究討論適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)非連續(xù)機(jī)匣的振動(dòng)特性分析計(jì)算方法,建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)非連續(xù)機(jī)匣結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型并計(jì)算分析其振動(dòng)特性。首先研究螺栓連接結(jié)構(gòu)的建模方法,分別分析了虛擬材料法、多點(diǎn)約束法和彈簧阻尼法在螺栓建模方面的優(yōu)缺點(diǎn),選擇了適用于有限元建模的螺栓連接結(jié)構(gòu)建模方法。在此基礎(chǔ)上建立螺栓連接結(jié)構(gòu)的有限元分析模型,開展結(jié)合面接觸剛度和接觸熱阻的研究工作,在力學(xué)傳遞特性方面研究了螺栓預(yù)緊力、螺栓分布和螺栓數(shù)目對(duì)機(jī)匣彎曲剛度和振動(dòng)頻率的影響,在傳熱特性研究方面研究了溫度和結(jié)合面形貌參數(shù)對(duì)接觸熱阻的影響規(guī)律。最后針對(duì)某具體的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣,在保留螺栓連接結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立了其動(dòng)力學(xué)分析模型,并將接觸剛度和接觸熱阻引入計(jì)算模型中,分析了螺栓連接結(jié)構(gòu)和溫度場(chǎng)對(duì)機(jī)匣振動(dòng)特性的影響。研究結(jié)果表明,由于螺栓連接結(jié)構(gòu)的存在,機(jī)匣的結(jié)構(gòu)剛度會(huì)降低;螺栓預(yù)緊力、螺栓分布和螺栓的數(shù)目會(huì)影響機(jī)匣的抗彎剛度和振動(dòng)頻率;螺栓結(jié)合面的接觸熱阻受到溫度和結(jié)合面微觀形貌的影響;在對(duì)非連續(xù)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣進(jìn)行振動(dòng)特性分析時(shí),保留實(shí)際機(jī)匣的螺栓連接結(jié)構(gòu)同時(shí)考慮溫度場(chǎng)會(huì)提高仿真計(jì)算的可信度。這些研究結(jié)論可用于指導(dǎo)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)和故障診斷,具有一定的工程價(jià)值。
[Abstract]:During the development of modern aero-engine, due to the limitation of technology, the components of aeroengine, especially the casing, are discontinuous. The discontinuity of this kind of structure will affect the mechanical and thermal transfer characteristics of the casing structure.Thus, the vibration characteristics of aero-engine casing are affected.In the traditional study of vibration characteristics of stationary casing components, the bolted connection structure along the mounting edge of the casing is often ignored, and the casing is considered to be continuous, and the role of temperature field is neglected in the calculation.Ignoring the effect of bolted connection structure and temperature will affect the accuracy of the finite element model and result in a large deviation of the results of the simulation calculation and result in the loss of credibility of the calculation results.Based on the finite element method, this paper studies and discusses the analysis and calculation method of vibration characteristics of aero-engine discontinuous casing, establishes the dynamic calculation model of aero-engine discontinuous casing structure, and calculates and analyzes its vibration characteristics.Firstly, the modeling method of bolt connection structure is studied, and the advantages and disadvantages of virtual material method, multi-point constraint method and spring damping method in bolt modeling are analyzed, and the bolt connection structure modeling method suitable for finite element modeling is selected.On the basis of this, the finite element analysis model of bolted connection structure is established, and the contact stiffness and contact thermal resistance of the joint surface are studied, and the pre-tightening force of bolt is studied in terms of mechanical transfer characteristics.The effects of bolt distribution and number of bolts on the bending stiffness and vibration frequency of the casing were studied. In the aspect of heat transfer characteristics, the influence of temperature and the shape parameters of the bonding surface on the contact thermal resistance was studied.Finally, the dynamic analysis model of a specific aero-engine casing is established on the basis of retaining the bolted connection structure, and the contact stiffness and contact thermal resistance are introduced into the calculation model.The effects of bolted connection structure and temperature field on the vibration characteristics of casing are analyzed.The results show that the stiffness of the casing decreases due to the existence of bolted connection structure, and the pretightening force, the distribution of bolts and the number of bolts will affect the bending stiffness and vibration frequency of the casing.The contact thermal resistance of bolted joints is affected by temperature and micro-morphology of the joints, and the vibration characteristics of discontinuous aero-engine casing are analyzed.The reliability of simulation calculation can be improved by retaining the bolted connection structure of the actual casing and considering the temperature field.These conclusions can be used to guide the design, development and fault diagnosis of aeroengine, and have certain engineering value.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V231.92

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