考慮表面接觸的渦扇發(fā)動機低壓轉子振動特性.pdf

1、先進渦扇發(fā)動機低壓轉子系統一般包括低壓風扇轉子、套齒聯接結構以及低壓渦輪轉子三部分，其套齒聯接結構通過套齒界面、定位界面、螺栓連接界面的接觸實現復雜的動力傳遞，界面接觸是一個對界面參數和裝配工藝較為敏感的、具有不確定性的微觀力學過程。本文以渦扇發(fā)動機為研究背景，針對采用套齒連接結構連接的低壓轉子系統進行動力學研究。
　　本研究主要內容包括：⑴針對低壓轉子系統中的大量接觸面，以Hertz接觸為基礎，考慮粗糙表面微凸體接觸變形的連續(xù)性

2、，把微凸體變形階段劃分為：初期彈塑性變形、中期彈塑性變形、后期彈塑性變形，建立臨界點連續(xù)的粗糙表面彈塑性接觸模型，仿真表明：所提出的模型與經典的KE和ZMC模型曲線擬合良好，變化趨勢一致，并具有臨界點連續(xù)的優(yōu)點。⑵由于航空發(fā)動機中接觸面多采用螺栓連接，且螺栓預緊力會顯著影響接觸表面接觸剛度。建立了典型的螺栓連接實驗臺，實驗發(fā)現螺栓連接結構的前六階固有頻率隨著螺栓預緊力增大而增大，基于薄層單元理論，采用改變薄層單元彈性模量模擬螺栓預緊力變

3、化，分析獲得接觸剛度模型。從而實現了通過探索螺栓結構固有頻率隨著螺栓預緊力的變化來預估粗糙表面接觸剛度的變化。⑶對低壓轉子系統的聯軸器----復雜套齒聯接結構進行分析，采用獲得的螺栓連接狀態(tài)的接觸剛度力學模型，用薄層單元法對螺栓連接、套齒嚙合、定位面接觸進行等效，實現了復雜套齒連接結構的準確有限元建模。在此基礎上，采用有限元模擬了渦扇發(fā)動機低壓轉子系統動力學特性，結果表明，低壓轉子系統的不平衡響應與不平衡量呈線性關系，隨著螺栓預緊扭矩提

4、高，前兩階臨界轉速和不平衡響應均略有提高。⑷對現有的渦扇發(fā)動機低壓轉子系統模擬實驗臺進行改造，分別開展固有頻率測試、不平衡響應、螺栓預緊力等，結果表明，實驗測試固有頻率與仿真誤差為6.67%；隨著不平衡質量增加，不平衡響應近似線性增加；隨著螺栓預緊力的增大，不平衡響應非線性增大。從定性角度，仿真和實驗測試均表明，隨著螺栓扭矩的增加，轉子振動響應振幅均有所增加；從定量角度，其誤差主要源于初始不平衡質量難以確定、測點位置之間的差異等。綜上，