航空发动机机匣结构模型修正中误差源识别方法研究

摘要

由于有限元模型为实际模型几何结构的离散和简化，在建模过程中存在一些不确定性因素，建立的有限元模型总与实际的模型存在误差，故需要通过动力学模型修正与确认过程来评价并改善结构的有限元模型。如何选择修正参数使得模型修正后具有真实的物理意义是模型修正与确认过程中关键的一步，然而其面临的最大挑战就是如何识别有限元模型的误差源。机匣结构作为航空发动机的骨架，其振动问题直接反映了整机的振动情况。本文以某航空发动机机匣为对象，在模型修正与确认的框架下完成了机匣模型的建模、试验、相关分析、误差源识别、模型修正等内容，创新性地提出了基于等效单元模态能的误差源识别方法，并将其应用于模型修正过程。
　　首先，介绍了结构动力学模型确认的整体框架，阐述了误差源识别在模型确认过程中的重要意义，给出了误差源识别的基本理论及方法，提出了等效单元模态应变能与动能的误差指示器。
　　其次，分别以Euler-Bernoulli梁模型和平板模型为研究对象，通过仿真模拟的方法研究基于等效单元模态应变能的误差源识别方法和误差指示器的影响因素。通过模态试验获取梁模型的模态测试数据，给出了利用已知的平动自由度振型计算推导转动自由度振型的方法。利用实际模态测试数据对有限元设计模型进行误差源识别，探讨了该方法在工程应用中的优缺点。
　　最后，将基于等效单元模态应变能的误差源识别方法应用于三维实体机匣结构中，研究对象为圆筒机匣和实际航空发动机燃烧室机匣。在对圆筒机匣的仿真验证中可知，当有限元设计模型与参考模型有较高的相关性时，可以得到较为准确的误差源识别结果。对于实际航空发动机燃烧室机匣结构，以超模型数据为参考对待修正的设计模型进行误差源识别，并利用误差源识别结果建立了工程中模型修正参数选择的基本流程。误差源识别结果指导了模型修正过程使得修正结果更加具有物理意义，分析修正结果证明了方法的有效性，修正后的有限元模型能够更为准确地描述结构的动态特性。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第二章 误差源识别基础理论及方法

2.1 模型确认的基本理论

2.2 基于等效单元模态能量法的误差源识别指示器

2.3 小结

第三章 梁结构的动力学误差源识别方法验证

3.1 概述

3.2 单误差下梁的误差源识别方法

3.3 模态阶次数量对梁误差源识别的影响

3.4 误差大小对梁误差指示器的影响

3.5 多误差下梁的误差源识别

3.6 噪声对梁误差指示器的影响

3.7 基于实际模态测试数据的误差源识别

3.8 小结

第四章 平板结构的动力学误差源识别

4.1 概述

4.2 单误差下平板的误差源识别

4.3 误差大小对平板误差指示器的影响

4.4 多误差下平板的误差源识别

4.5 噪声对平板误差源识别的影响

4.6 基于仿真测试数据的平板误差源识别

4.7 小结

第五章 机匣结构的动力学误差源识别

5.2 概述

5.3 简单机匣结构的误差源识别

5.4 复杂航空发动机机匣结构的误差源识别

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.1 本文的主要工作及结论

6.2 后续研究及展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文