航空发动机整机振动半实物仿真模型研究

发布时间：2017-09-12 02:09

  本文关键词：航空发动机整机振动半实物仿真模型研究

  更多相关文章： 航空发动机整机振动 转子动力学 子结构综合 有限元 模态分析

【摘要】：整机振动超标是航空发动机研制过程中遇到的主要问题,航空发动机整机振动建模与仿真是预计航空发动机振动响应、优化其设计和装配、评估其振动状态、控制其振动超标的重要手段。然而,由于航空发动机结构复杂、整机振动分析存在仿真建模误差大、模型计算规模大、仿真运算速度慢等困难。本文研究了一种快速准确地分析航空发动机整机振动的方法,采用试验与仿真结合,在转子有限元模型中,综合机匣-支承动刚度试验数据,构造航空发动机整机振动的半实物仿真模型的方法,主要研究工作体现在:(1)讨论航空发动机整机振动半实物仿真模型建模方式,在研究结构附加动刚度作用形式及子结构综合法的基础上,提出了航空发动机整机振动半实物仿真模型,推导了半实物仿真模型建模方法及整机振动响应计算方法,总结建模流程;(2)利用带机匣的航空发动机转子试验器对航空发动机半实物仿真模型进行了有限元仿真计算验证。首先,采用软件分别建立了试验器整机模型及半实物2D及3D仿真模型;然后,分别计算整机结构频率响应函数及机匣测点振动响应;最后,对整机模型和半实物仿真模型的计算结果进行比较,两种模型的仿真计算结果达到了完全一致的效果;(3)利用带机匣的航空发动机转子试验器对航空发动机半实物建模方法进行了实验验证。首先,对带机匣的航空发动机转子试验器进行模态试验,测试支承频率响应函数并进行数据处理;然后,建立转子结构有限元仿真模型并进行模型修正;接下来,综合机匣-支承结构附加动刚度与转子仿真模型,建立试验器半实物仿真模型;最后,将半实物仿真模型的整机频响函数计算结果与整机实验结果进行对比,计算与实验达到了较好的一致性。研究结果表明:整机振动半实物仿真模型考虑了支承间的相互作用关系,将试验测试得到的机匣-支承数据综合到转子有限元仿真模型中,避免了复杂的机匣建模过程。实验和仿真结果表明,转子试验器的整机仿真模型和半实物仿真模型对机匣振动响应的计算结果相对误差在1%以内,而半实物仿真模型的计算效率远高于整机模型。比较结果充分表明了半实物仿真模型可以在保证计算精度的前提下大幅度提高计算效率,该模型可以推广应用于实际航空发动机的整机振动建模分析,具有很强的工程应用价值。
【关键词】：航空发动机整机振动 转子动力学 子结构综合 有限元 模态分析
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V231.92
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 研究背景及意义13
• 1.2 航空发动机整机振动仿真建模方法研究现状13-17
• 1.2.1 传递矩阵建模方法14
• 1.2.2 有限元建模方法14-15
• 1.2.3 子结构模态综合方法15-17
• 1.2.4 航空发动机整机振动建模与仿真分析存在的问题17
• 1.3 本文研究内容17-20
• 第二章 航空发动机整机振动半实物仿真模型20-31
• 2.1 航空涡轮发动机结构特点20-21
• 2.1.1 航空涡轮发动机20-21
• 2.1.2 航空涡轮发动机结构特点21
• 2.2 航空发动机整机振动半实物建模原理21-26
• 2.2.1 航空发动机结构建模21-23
• 2.2.2 航空发动机整机建模23
• 2.2.3 航空发动机机匣-支承结构建模23-24
• 2.2.4 转子结构建模24
• 2.2.5 发动机整机振动半实仿真模型24-26
• 2.3 半实物仿真模型整机振动响应计算方法26-30
• 2.3.1 整机振动响应计算流程26
• 2.3.2 半实物仿真模型振动响应计算26-28
• 2.3.3 机匣振动响应计算28-29
• 2.3.4 半实物仿真模型模态分析方法29-30
• 2.4 小结30-31
• 第三章 整机振动半实物仿真模型有限元仿真验证31-55
• 3.1 航空发动机转子试验器的整机振动半实物模型仿真验证流程31-32
• 3.2 带机匣的航空发动机转子试验器32-33
• 3.3 基于有限元梁模型的整机振动 2D半实物仿真模型及其验证33-44
• 3.3.1 转子试验器结构参数33-35
• 3.3.2 转子试验器 2D有限元仿真建模方法35-39
• 3.3.3 航空发动机转子试验器整机振动 2D半实物仿真模型39-41
• 3.3.4 计算结果对比与分析41-44
• 3.4 基于有限元实体单元的整机振动 3D半实物仿真模型及其验证44-54
• 3.4.1 转子试验器三维建模45-46
• 3.4.2 试验器有限元建模46-48
• 3.4.3 试验器整机模型振动响应48-49
• 3.4.4 转子试验器半实物建模49-52
• 3.4.5 半实物模型整机振动响应52
• 3.4.6 结果分析52-54
• 3.5 小结54-55
• 第四章 整机振动半实物仿真模型有限元实验验证55-78
• 4.1 航空发动机整机振动半实物仿真模型实验验证流程55-56
• 4.2 转子试验器整机模态实验56-67
• 4.2.1 振动测试技术56-57
• 4.2.2 振动模态分析方法57-59
• 4.2.3 转子试验器模态实验设备59-61
• 4.2.4 转子试验器模态分析系统61-62
• 4.2.5 整机模态实验测试过程62-64
• 4.2.6 测试结果及数据分析64-67
• 4.3 机匣-支承结构附加动刚度测试67-70
• 4.3.1 转子试验器机匣-支承结构拆装实验67
• 4.3.2 支承位置频响函数测试67-69
• 4.3.3 测试结果数据处理69-70
• 4.4 转子结构有限元建模与修正70-74
• 4.4.1 转子结构模型70
• 4.4.2 转子结构模型修正70-74
• 4.5 基于实验数据的转子试验器半实物仿真模型74
• 4.6 半实物仿真模型整机模态分析及结果对比74-77
• 4.7 小结77-78
• 第五章 总结与展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文85

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本文编号：834431