某航空发动机压气机叶-盘耦合振动分析

基于循环对称结构模态分析基本理论,建立并验证压气机叶-盘结构耦合振动特性分析方法和流程。在能够线性求解的前提下,考虑叶-盘间实际连接情况,不忽略叶片榫头与轮盘榫槽间应力状态对振动特性的影响。选取某民航发动机高压压气机第三级叶-盘结构为分析对象,提取结构特征参数,在ANSYS软件中建立起叶-盘结构的三维有限元模型,并进行耦合振动仿真分析。首先计算该叶-盘结构在不旋转工况下的频率和振型,然后计算其在常用转速工况下存在预应力时的频率和振型,分析得到离心载荷对频率和振型的影响规律。最后分析其行波振动特性,计算3节径1,3,5阶行波节径振动频率。考虑外缘叶片受到周期性气体力对叶-盘的激振影响,画出共振特性曲线,为后续结构分析和排故提供依据,同时也为压气机叶-盘结构的振动特性分析提供了便于工程应用的方法。     

某型发动机压气机叶-盘结构优化分析

为快速提高后续批次发动机推重比,针对压气机转子叶-盘-鼓基本结构单元,基于通用有限元软件优化设计平台和循环对称结构静应力分析方法,在不改变叶片气动外形、盘鼓连接半径等强约束条件下,通过合理预设需优化位置的形状和尺寸设计变量,建立从榫头-榫槽连接式叶盘结构到整体叶盘结构的两步优化方法,缩减了优化迭代过程中结构静应力计算用的三维有限元模型规模,提高了优化效率。运用该法对某发动机高压压气机第三级叶盘结构进行优化设计,将最大转速下叶、盘、鼓的离心和气动载荷施加到优化迭代过程中、结构静应力计算用的有限元模型上,同时设置既可线性求解又能计入接触面上真实应力状态的叶、盘、鼓间的接触,贴合承载和接触实际。采用一阶方法进行优化求解,得到满足约束条件的尺寸设计变量解。对比分析优化前后结构的应力分布,证实该法有效,在保证结构可靠性的前提下,获得了较好减重效果。     

基于点-面接触算法的叶片/盘组件三维有限元分析

基于虚功原理导出了点-面接触模型的三维接触有限元分析的控制方程,应用该方法对叶片/盘组件进行了三维接触非线性有限元模拟,并对该方法的计算结果与大型有限元分析软件MARC的计算结果及不考虑接触的常规方法所得计算结果进行了比较、分析.研究结果表明:该方法的计算结果与国际商用软件MARC的计算结果接近,两者的最大相对误差不超过4%;在计算中,没有人为地假设边界条件,在刚度方程中引入接触关系及循环对称关系,所得计算结果比采用不考虑接触的常规方法所得的计算结果更符合实际.     

压气机盘片榫连结构接触特性分析

以某压气机燕尾形榫连盘片结构为研究对象,压气机盘片模型共有38个叶片,基于ANSYS有限元软件,选取整盘的1/38进行有限元建模.并考虑了旋转导致的离心力的作用,分析了榫头-榫槽之间的摩擦系数、榫头的安装角和接触面积对接触压力、接触滑移距离的影响.在计算时拉格朗日乘子算法被应用于榫头-榫槽之间的接触计算.研究结果表明:最大接触压力及最大滑移距离随着摩擦系数的增加而逐渐减小;最大接触压力随着榫头安装角的增大而增大,而最大滑移距离没有发生明显的变化;最大接触压力及最大滑移距离随着接触面积的增加而逐渐减小.