封严盘-挡板一体化结构设计与优化设计技术研究

摘要

封严盘-挡板一体化结构已广泛应用于国外先进航空发动机中，其具有简化涡轮部件结构，改善轮盘冷却效果，提高发动机装配质量等显著优点。本文考虑工作转速、温度场、装配关系以及初始安装尺寸等因素的影响，开展封严盘-挡板一体化结构设计和优化设计技术的研究，以期为封严盘-挡板一体化结构的设计和工程应用提供依据和参考。主要研究内容和研究成果如下：
　　（1）针对涡轮部件结构形式和工作条件等要求，分析典型封严盘-挡板一体化结构特点，研究封严盘-挡板一体化结构设计的注意事项和一般原则，探索结构优化设计的可行方向。
　　（2）针对某封严盘-挡板一体化结构，研究了各种工作载荷对结构强度和变形的影响规律。总结了封严盘-挡板一体化结构的设计特点，综合考虑应力分布与重量要求，探索封严盘-挡板一体化结构参数化优化设计方法。
　　（3）针对某封严盘-挡板一体化设计结构，开展了多圆弧低应力优化设计和重量优化设计。依据本文总结设计原则，综合考虑工作转速、温度场、装配等载荷的影响，确定结构参数化优化设计模型。经过优化设计，结构的最大应力值和重量分别降低了12.2％和7.3%，应力集中现象和应力分布情况明显改善。
　　（4）开展了封严盘-挡板一体化结构的径向变形协调关系分析。研究结构不同区域最大应力值随配合公差（共计144组）变化的规律；针对某封严盘-挡板一体化设计结构，提出了配合公差选取时应遵循的五点原则。
　　本文的研究结果为封严盘-挡板一体化结构的尺寸设计和工程应用提供了有益参考。

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注释表

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外封严盘-挡板一体化结构研究现状

1.3 本文主要研究内容和研究方法

第二章 有限元热-结构耦合分析与非线性分析

2.1 有限元法简介

2.2 热-结构耦合有限元分析

2.3 非线性问题分析

2.4 本章小结

第三章 结构在不同工况下的应力和变形计算分析

3.1有限元模型的建立

3.2鼓轴结构在不同工况下的应力、变形计算分析

3.3封严盘-挡板一体化结构在不同工况下的应力计算分析

3.4涡轮盘结构在不同工况下的应力计算分析

3.5结构装配时的应力计算分析

3.6本章小结

第四章 封严盘-挡板一体化结构和鼓轴的参数化优化设计

4.1 封严盘-挡板一体化结构的参数化设计

4.2 封严盘-挡板一体化结构的优化设计

4.3 封严盘-挡板一体化结构的应力优化设计

4.4 封严盘-挡板一体化结构的重量优化设计

4.5 鼓轴结构刚度的优化设计

4.6 本章小结

第五章 封严盘-挡板一体化结构变形协调分析

5.1 变形协调分析

5.2 有限元模型的建立及公差带的选取

5.3 原始结构的径向变形协调分析

5.4 优化后结构的径向变形协调分析

5.5 合理配合公差的选取

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果