样条形低压涡轮转子支撑锥盘优化设计

摘要

低压涡轮支撑锥盘是航空发动机重要的零部件，承受着十分复杂的热载荷和机械载荷。为了使低压涡轮支撑锥盘的结构更加合理，需要对其进行结构优化设计。本文对某型航空发动机低压涡轮转子支撑锥盘的光滑多次样条拟合曲线结构设计技术进行研究和实验验证，开展结构优化技术、强度分析、稳定性分析方法和试验研究工作，为涡轮支撑锥盘的结构设计提供参考。
　　论文首先在Hyperworks软件环境中建立某型发动机低压涡轮转子支撑锥盘的三维有限元模型，基于弹性有限元和接触非线性有限元分析理论，对低压涡轮转子支撑锥盘在飞行状态下的三个典型工况下进行了应力（应变）计算，分析了影响锥盘变形与应力分布的影响因素。然后，论文研究了薄壁圆筒扭转失稳问题，采用Radioss计算了薄壁圆筒的扭转屈曲临界载荷，开展了薄壁圆筒试件扭转试验，实验结果与计算结果吻合，表明Radioss可以用来分析薄壁构件的扭转屈曲问题。
　　运用Hyperworks软件中OptiStruct模块对低压涡轮转子支撑锥盘样条曲线部分进行优化设计。以涡轮锥盘样条形部分的形状作为设计变量，以支撑锥盘的质量作为目标函数，以支撑锥盘的强度和刚度作为约束条件，对涡轮锥盘样条形部分进行形状优化。然后，针对涡轮锥盘应力偏大部分，以涡轮锥盘应力偏大部分形状为设计变量，以涡轮锥盘最大应力为目标函数，目标为使应力最大值最小，对涡轮锥盘应力偏大部分进行自由形状优化。计算结果表明，通过优化设计，在保证刚度不变的情况下，降低了锥盘的最大应力，提高了锥盘抵抗扭转屈曲的能力，同时降低了锥盘的总重量。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

第一章 绪论

1.1选题背景

1.2 各相关领域的研究现状

1.3本文的主要工作

第二章低压涡轮转子支撑锥盘有限元分析

2.1引言

2.2涡轮锥盘的有限元分析原理

2.3 GH4169材料强度试验

2.4 有限元模型的建立

2.5各部分的材料参数

2.6 计算载荷与边界约束

2.7 计算结果及分析

2.8锥盘变形与应力分布的影响因素

2.9 本章小结

第三章 涡轮锥盘稳定性分析

3.1引言

3.2线性屈曲理论

3.3薄壁圆筒试件屈曲分析

3.4涡轮锥盘稳定性分析

3.5本章小结

第四章 低压涡轮转子支撑锥盘形状优化

4.1 引言

4.2 优化设计的基本理论

4.3 优化软件OptiStruct的介绍

4.4 涡轮锥盘样条形部分的形状优化

4.5本章小结

第五章 锥盘自由形状优化和稳定性校核

5.1前言

5.2针对应力集中的自由形状优化

5.3 优化之后稳定性校核

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文的主要工作和总结

6.2今后工作的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文