航空发动机试验器连接机匣动力学模型的确认方法

提出一种基于参数灵敏度的航空发动机连接机匣动力学模型确认方法.以航空发动机整机试验器机匣系统为研究对象,以实测数据为参考基准,对单个机匣有限元简化模型进行修正与模型确认;基于实体薄层单元建立两段机匣连接结构有限元模型,并对薄层刚度进行模型修正;基于修正后的实体薄层单元建立连接机匣连接结构有限元模型.机匣组件模态测试数据与有限元模型模态仿真数据对比表明:最终确认的机匣组件的有限元模型能够有效地反映实际结构动力学特性.     

螺栓连接结构有限元计算模型简化研究

为了减少螺栓连接模型的模拟计算量并提高模拟计算精度,以螺栓连接L梁模型为研究对象,对其进行了螺栓连接结构有限元模型简化研究。螺栓简化模型由等壁厚面体组成,通过调解简化模型的密度,使简化模型质量与三维实体模型保持一致。将简化模型模态计算结果与三维实体螺栓模型进行比较,验证了简化模型的有效性。为了进一步提高螺栓简化模型的计算精度,针对简化模型的重要参数—弹性模量进行了单目标优化,优化结果显示,螺栓简化模型的计算精度得到了进一步提高。     

螺栓连接条件下结构振动模态的时频分析方法

在精密光电跟踪设备中,光机结构的振动特性对保持目标跟踪的精度和稳定性具有重要意义。螺栓连接是光机结构的常用连接形式,但其非线性接触特性也使得结构的振动特性变得较为复杂。采用时域激励计算结构位移响应并进行频域分析的方法计算结构的共振频率。相比于弹簧单元模拟螺栓连接等简化方法,此方法不需要对每一个螺栓分别进行弹簧单元刚度等参数的选取和处理。以螺栓连接的悬臂梁为例,先利用接触面固结的模型验证方法的准确性,其后对考虑接触和螺栓预紧力的模型进行仿真计算。仿真的模态结果和试验模态结果对比表明,所提的仿真方法正确且有效。     

航空发动机机匣螺栓连接结构力学特性影响因素

由于航空发动机机匣的不连续性,机匣的力学传递特性将受到影响。对传统静子机匣部件振动特性进行分析时,常不考虑机匣螺栓连接结构的影响,从而导致仿真计算的结果产生较大的偏差。基于国内外研究现状,建立螺栓连接结构的有限元分析模型,在力学传递特性方面研究了螺栓预紧力、螺栓分布和螺栓数量对机匣抗弯刚度和振动频率的影响。结果表明:航空发动机机匣螺栓连接结构会导致其结构刚度下降;螺栓预紧力、螺栓分布和螺栓数量是影响航空发动机机匣抗弯刚度和振动频率的主要因素。     

GFRP夹层结构螺栓连接的多参数分析

针对升降舵前纵墙采用螺栓连接形式的PMI泡沫夹层GFRP结构进行了不同参数下的结构安全性分析。首先通过试验确定PMI泡沫与GFRP复合材料层合板的力学性能,并结合CCAR23部对气动载荷与惯性载荷的要求,对该结构在实际工况下的载荷进行了分析,确定其合适的螺栓预紧力和螺纹副摩擦系数;在此基础上结合装配配合公差(f7/H10),最终确定有限元计算的参数组合。然后根据PMI泡沫和GFRP层合板的力学性能特性,采用ABAQUS软件对PMI泡沫和GFRP复合材料层合板建立夹层结构螺栓连接有限元模型,并结合工况载荷、螺栓预紧力、摩擦系数和装配配合公差计算不同参数组合下结构的安全性。通过分析得到如下结论：(1)螺纹副接触摩擦系数的合理增加可有效减小夹层结构螺栓孔边应力集中,以增加结构的安全性;(2)螺栓与螺栓孔之间间隙的增加会增加孔边应力集中系数,造成结构的安全性减小;(3)在结构安全强度范围内,增加螺栓预紧力可以提高连接结构的连接疲劳强度和可靠性。     

力矩-转角拧紧工艺在改进发动机机匣装配质量的应用研究

螺栓连接是发动机机匣装配的重要连接方式,其装配质量直接影响发动机的性能与试车安全。分析了紧固件力矩-转角法相对于传统力矩控制法的优越性,然后开展了某型发动机机匣装配应用力矩-转角拧紧工艺效果验证,论证了该工艺能够改善发动机机匣的装配质量。     

基于梯度虚拟材料的栓接结合部连接参数表征

螺栓连接是应用最广泛的装配形式之一,表征栓接结合部连接参数是进行装配体结构动力学分析的关键,针对各向同性虚拟材料模型不能准确表征结合面压力分布不均匀性的问题,提出并开发一种基于梯度虚拟材料的栓接结合面连接参数表征模型。首先根据结合面压力分布特征,以及结合面法向、切向刚度与压力分布间的映射关系,建立了等效虚拟材料参数随位置坐标的变化规律模型;分别采用等参梯度单元和高斯积分点料属性梯度分布单元等效表征结合部连接参数,采用结构静力学、动力学分析方法进行分析,通过对比不同类型单元静力学、动力学计算结果,验证梯度材料单元的准确性;进而研究了基于代理模型的梯度虚拟材料参数辨识方法,采用拉丁超立方采样来获取样本点,采用Kriging模型拟合连接参数,应用遗传算法优化虚拟材料参数。采用均匀虚拟材料模型、各向异性虚拟材料模型及梯度虚拟材料模型的仿真结果与试验数据对比,表明梯度虚拟材料模型是一种表征栓接结合部压力/刚度分布特性的有效方法。     

航空发动机机匣法兰连接螺栓受力分析

机匣法兰连接螺栓一般采用传动经验公式方法进行强度设计，该方法未考虑止口设计的影响，且将载荷和应力分析简化成为一个线性分析模型，与实际情况不符，存在一定的误差。文中对螺栓连接的受力进行了分析，表明载荷放大系数与螺栓预紧力和机匣半径等参数有关，获得了载荷放大系数随预紧力的增大而减小、随机匣半径的增大而增大的结论。针对止口影响的研究表明，典型算例中，0.1 mm的止口过盈，螺栓载荷可以降低30%的轴向外载和20%弯曲外载的影响。最后通过工程应用算例，验证了传统经验公式方法评估螺栓强度偏保守，建议采用有限元法对机匣法兰螺栓进行受力分析。     

大型结构的螺栓连接有限元简化方法与验证

优化了一种考虑大型结构的螺栓连接有限元模型的简化方法。简化方法仅需要对有限元模型施加均匀压力,而不需要对所有螺栓完全建模。该简化方法不仅提高了螺栓连接模型有限元计算时的收敛性,而且节约了计算成本。详细分析了该简化方法的假设。为了验证简化方法的准确性和可靠性,对螺栓连接结构的建立了简化模型,计算三种不同载荷作用下模型的多个关键特征量与接触应力云图,并与传统建模的结果对比,得出使用方法的简化模型的适用条件。     

螺栓连接微观摩擦到宏观动力学研究综述

螺栓连接作为一种典型的机械装配结合方式，在航空航天、武器装备、能源化工和交通运输等关键机械装备设计和运行中扮演着至关重要的角色，但螺栓连接也引入了刚度和阻尼非线性因素，给装备的动力学性能预测和服役可靠性带来了新的挑战，这些促使螺栓连接研究涉及界面微观摩擦到宏观结构动力学多个学科。总结分析了螺栓连接界面微观摩擦到宏观动力学研究领域螺栓接头摩擦本构模型的分形表征、统计求和模型和Iwan模型的建模方法，归纳了目前国际上螺栓连接的几种实验测试基准系统，概述了螺栓连接宏观动力学问题中涉及的非线性建模、参数辨识、数值仿真技术和结构健康监测等多方面的最新技术进展，展望了未来螺栓连接动力学需要重点开展研究的方向。     

基于PCE法的某涡轮泵转子动力学特性不确定性分析

为解决某火箭发动机涡轮泵转子动力学建模中存在的参数不确定性问题,采用PCE法对连接刚度的不确定性问题进行研究。建立转子系统的有限元模型,与确定的模态试验结果进行对比,前两阶的模态频率误差不超过4%。采用PCE法建立局部连接刚度含不确定性参数的动力学模型,研究连接刚度为服从高斯分布的随机变量时引起的转子动力学特性的不确定性。将结果与基准解进行对比分析,验证了该方法的有效性。     

机翼内外翼连接区域螺栓钉载分析与布局优化

针对机翼内外翼连接区域的结构特点,建立了内外翼连接区域螺栓连接的有限元计算模型。利用有限元软件进行了螺栓连接应力分析,获得了连接区域螺栓的钉载大小,并对螺栓布局参数进行灵敏度分析,确定了布局参数对钉载分布的影响规律。运用黄金分割法对螺栓布局参数进行了优化,使得最严重工况下的螺栓钉载值下降了18.61%,提高了结构的承载效率,为某型战机机翼内外翼连接区域螺栓设计提供了依据。     

螺栓选型和装配扭矩的计算方法研究

针对汽车厂家在螺栓选型和装配扭矩的设计上常常照搬经验数据,导致螺栓断裂失效的现象,详细说明了应用扭矩法进行螺栓装配时,螺栓选型的计算流程和装配扭矩的确定方法,并结合具体实例分析计算了螺栓选取参数和扭矩装配值。从计算过程可以看出,摩擦因数是影响螺栓选型和装配扭矩的重要参数,要得到良好的连接性能必须从螺栓的设计、制造和安装等整个过程进行控制。     

响应面法在机匣螺栓连接结构多目标优化中的应用

将有限元法和最优化方法结合起来,可以很好地实现航空发动机机匣螺栓连接结构的多目标优化设计。结合正交实验设计和响应面法来确定螺栓连接结构的几何尺寸组合,利用APDL语言对不同参数组合条件下的螺栓连接结构进行参数化建模和应力场分析,获取最大等效应力和质量的响应面模型,然后通过多目标模糊优化设计方法计算该结构的最优几何参数。计算结果表明,优化结构参数后的螺栓连接结构最大等效应力比原结构下降了23.5%,质量减轻了6.2%,这为机匣结构设计和发动机减重提供可靠的参考依据。     

螺栓联结结构冲击破坏模型简化研究

为了减少系统有限元模型中单元数量,提高分析效率,首先应用显式瞬态分析软件LS-DYNA 对精确螺栓联结有限元模型进行冲击破坏分析.并基于上述计算结果,使用各向异性材料模型建立基于塑性应变破坏的螺栓联结简化模型.在同样边界条件下,对螺栓连接精确模型与简化模型的应力和应变进行对比计算,并针对两者差异对简化模型材料参数进行改...     

轮盘-轴组件结合面螺栓等效刚度及其对动力学性能影响的研究

轮盘-轴组件的结合面特性对转子静动特性有着重要的影响,并且螺栓紧固质量是其中重要因素之一。本文以某燃机轮盘-轴组件为研究对象,采用弹簧阻尼单元等效处理结合面的螺栓连接,建立组件整体有限元模型。然后,基于吉村允孝的结合面等效刚度计算理论,提取试验测得的轮盘-轴组件结合面的面压参数,对等效模型中的弹簧阻尼单元各向刚度进行校准。对计算结果进行对比分析,并结合了模态测试的振型和固有频率数据,结果表明,该等效模型能够很好地模拟螺栓连接特性对轮盘-轴组件动态特性的影响。最后,基于该等效模型计算分析了螺栓连接的等效连接刚度大小和离散度对组件动态特性的影响规律。     

风力机塔架螺栓连接状态监测与辨识研究进展

螺栓连接是大型风力机塔架各段塔筒及塔架与塔基之间的唯一连接方式,若其连接状态失效,将会造成灾难性的破坏.为了预防螺栓松动,甚至断裂,对风力机塔架螺栓连接状态进行监测与辨识至关重要.综述了螺栓连接结构动特性分析方法和螺栓连接状态监测与辨识方法,并对基于动力学模型和基于信号分析的无模型状态监测与辨识方法能否应用于风力机塔架螺栓连接状态的监测与辨识进行了述评,重点论述了波传播非线性动力学模型和应用非线性动力学理论进行信号分析的无模型状态监测与辨识方法,综述了风力机塔架螺栓连接状态监测与辨识的发展动态.     

铝蜂窝板螺栓连接件的动力学分析及建模

航天器结构的微振动会影响其精度,随着螺栓连接结构广泛运用在航天器结构中,而螺栓连接会对整个结构的强度及阻尼产生影响,使得结构出现非线性。研究了具有螺栓连接的铝蜂窝板,采用Iwan模型来表征该系统连接部位的非线性特性,结合边界条件和连接部位的连续性条件,建立其二自由度非线性动力学模型,并采用多尺度法对此系统进行求解,最终获得其非线性频率响应函数。以理论模型为基础,建立该系统的有限元模型,连接部位用Iwan模型替代,并进行相应的试验,最终验证了该理论模型的正确性,为进一步研究航天器的减振问题提供了可靠的依据。     

螺栓固定结合面动态特性的影响因素研究

通过扫频和脉冲激励实验方法研究螺栓固定结合面动力学行为,研究预紧力和外载荷力等因素对螺栓固定结合面振动传递特性的影响。分析结果表明,螺栓连接结构的动力学特性直接受到预紧力和外载荷的影响,并表现出不同程度的非线性。同时,讨论公称直径、螺栓数目等设计参数对螺栓连接力学特性的影响,将焊接连接方式和螺栓连接方式进行了对比分析。     

基于虚拟材料方法的螺栓预紧力模拟的研究

螺栓的预紧力是影响螺栓连接面力学特性的一个重要的因素,在精度需求较高的含螺栓连接的有限元分析中,需要考虑螺栓的预紧力。运用虚拟材料方法模拟模态分析中的螺栓预紧力,首先根据结合面的参数计算各个预紧力下的虚拟材料属性,在有限元软件中建立含虚拟材料连接面的模型,仿真得到螺栓连接板件的固有频率和振型。仿真结果跟模态实验结果一致,验证了采用虚拟材料方法模拟螺栓预紧力的有效性,为装配体的有限元建模提供了途径。