異型螺栓孔是航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪轉(zhuǎn)子部件連接結(jié)構(gòu)中采用的一種新型結(jié)構(gòu)。國(guó)外先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)踐表明,利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法給出的合理的異型螺栓孔結(jié)構(gòu)可有效地降低孔邊應(yīng)力,從而大大提高輪盤(pán)的疲勞壽命。在國(guó)內(nèi),近年來(lái)針對(duì)異型螺栓孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究也取得了一定進(jìn)展,所提出的異型孔模型及優(yōu)化模型在降低螺栓孔邊應(yīng)力時(shí)效果明顯。但問(wèn)題并未全部解決。由于已有的異型孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型目標(biāo)單一,約束條件過(guò)少,由此所獲得的最優(yōu)解質(zhì)量不高,優(yōu)化結(jié)果的穩(wěn)定性也較差。有鑒于此,本文針對(duì)異型孔結(jié)構(gòu)模型、優(yōu)化模型和優(yōu)化方法設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了深入的研究。論文主要內(nèi)容如下:分別基于連續(xù)變量和離散變量提出了適用于異型螺栓孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多目標(biāo)優(yōu)化模型。論文基于均衡設(shè)計(jì)的思想,針對(duì)不同變量類(lèi)型,分別采用NSGA-II算法和動(dòng)態(tài)權(quán)系法對(duì)異型孔輪廓設(shè)計(jì)模型進(jìn)行尋優(yōu),使設(shè)計(jì)解可在充分降低孔邊應(yīng)力的同時(shí),避免了過(guò)度設(shè)計(jì)。論文通過(guò)對(duì)某航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪螺栓連接單元的輪盤(pán)受力特點(diǎn)的分析,確定了適用于渦輪盤(pán)和封嚴(yán)盤(pán)結(jié)構(gòu)異型螺栓孔優(yōu)化的力學(xué)模型;論文通過(guò)分析超橢圓和八圓弧異型孔輪廓參數(shù)變化對(duì)孔邊應(yīng)力的影響,發(fā)現(xiàn)異型孔優(yōu)化設(shè)計(jì)點(diǎn)集合中,存在應(yīng)力緩降的“準(zhǔn)... 

【文章來(lái)源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：91 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

孔和螺栓孔一直是輪盤(pán)失效的關(guān)鍵部位。羅公司早在 19 世紀(jì) 80 年代的報(bào)告中就已經(jīng)標(biāo)明：輪盤(pán)中心孔和螺重時(shí)，孔邊裂紋導(dǎo)致的輪盤(pán)開(kāi)裂可穿破機(jī)匣，從而產(chǎn)生災(zāi)難性后果局和航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)已經(jīng)對(duì)高壓渦輪轉(zhuǎn)子上孔結(jié)構(gòu)的概率損傷估輪盤(pán)的使用壽命[12]。2012 年，GE、普惠和羅羅公司的 Enright 和效的孔結(jié)構(gòu)損傷容差預(yù)測(cè)方法[13]。型孔結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀紀(jì) 70 年代以來(lái)，隨著對(duì)輪盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)研究的深入，渦輪盤(pán)上孔學(xué)者越來(lái)越廣泛的重視。研究表明，采取傳統(tǒng)工藝措施如拋光或孔力集中效果并不明顯，而增加結(jié)構(gòu)尺寸則成為不得已的措施[14]。題，GE 公司和法國(guó) Safran 公司聯(lián)合研制的某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪組壓渦輪盤(pán)前安裝邊螺栓通孔改為非圓異型孔結(jié)構(gòu)，這一設(shè)計(jì)引起了。陳光教授曾對(duì)圖 1.2 所示高壓渦輪盤(pán)中的異型孔結(jié)構(gòu)做出解釋?zhuān)吐菟ǹ赘浇鼞?yīng)力大小，改善應(yīng)力分布情況，提高發(fā)動(dòng)機(jī)壽命[15]

圖 1.3 某航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)上異型孔的異型孔單目標(biāo)優(yōu)化方案[18,19]，該優(yōu)化方案可有效降低輪盤(pán)螺栓孔邊應(yīng)型并不盡如人意，主要存在以下問(wèn)題：原優(yōu)化模型僅以孔邊應(yīng)力降低為單一目標(biāo)，未考慮加工工藝和實(shí)際裝配情優(yōu)化結(jié)果往往與設(shè)計(jì)變量取值邊界有關(guān)。設(shè)計(jì)邊界較大時(shí)，孔輪廓更接計(jì)除了會(huì)增加加工的難度之外，也往往會(huì)影響結(jié)構(gòu)的傳力、傳扭，而由極限”設(shè)計(jì)特征（過(guò)度設(shè)計(jì)）的異型孔結(jié)構(gòu)也令設(shè)計(jì)者懷疑其穩(wěn)健性。由于約束有限，原有模型對(duì)渦輪盤(pán)異型孔進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，最優(yōu)解常常在優(yōu)化差，不同設(shè)計(jì)者優(yōu)化得到的解也往往不盡一致，這為最終方案的抉擇帶非雙軸對(duì)稱(chēng)異型孔結(jié)構(gòu)而言，由于其設(shè)計(jì)變量達(dá)到五個(gè)，所得的優(yōu)化結(jié)外，異型孔各圓弧段尺寸對(duì)孔邊應(yīng)力的影響并不清晰。原模型采用連續(xù)變量為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化，得到的結(jié)果往往不能滿(mǎn)足工業(yè)加工點(diǎn)往往需要根據(jù)加工條件進(jìn)行圓整并重新檢驗(yàn)，因此降低了優(yōu)化效率。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3428122