航空发动机机匣模型确认与动力学特性研究

摘要

航空发动机机匣是航空发动机的重要组成部分，其动力学特性对发动机转子的临界转速以及发动机的整机动力学特性具有重要影响，准确建立机匣的模型是进行航空发动机整机动力学分析的基础。然而，由于建模过程中的一些不确定性因素，机匣的有限元分析结果与试验结果之间常常存在一定的偏差。为此，本文以某航空发动机机匣为对象，研究了通过模型确认过程来提高有限元分析精度的方法。
　　首先系统的阐述了动力学模型确认过程的基本理论和方法，并着重研究了测试计划、修正参数选择以及模型修正等关键技术。在测试计划中，研究了最优悬挂位置、测量点以及激励点选择的问题。在修正参数选择方面，在基于等效模态应变/动能误差源定位方法的基础上，提出了结合实际结构测试数据的改进方法。在模型修正方面，研究了基于一阶优化方法进行模型修正的技术。
　　基于以上模型确认理论和方法，对一个典型的航空发动机螺栓连接机匣有限元模型进行了修正。修正连接机匣时，采用了分步修正的策略，即首先分别对单个机匣有限元模型进行修正，得到其可靠的有限元模型，然后应用装配结构的模态测试数据着重对连接件进行修正，得到修正的装配结构有限元模型。在模拟螺栓连接时，本文采用了薄层单元建模的方法，通过调整薄层单元的材料参数来识别连接处的实际刚度。修正后有限元模型的分析结果与试验结果相一致，可以应用在后续的整机动力学分析等方面。
　　最后，通过试验研究了螺栓连接对连接机匣动力学特性的影响。试验结果表明连接结构的固有频率会随着连接刚度的增大而增大，并会逐渐趋于某一固定值。通过机匣的反复拆装试验也可以看出，装配不确定性会使机匣的振动特性也会表现出显著的不确定性。

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缩略词

第一章 绪论

1.1 本文研究背景

1.2 模型确认与模型修正技术发展现状

1.3 连接件发展现状

1.4 本文研究目的和意义

1.5 本文研究内容

第二章 结构动力学模型确认基础理论与方法

2.1 结构动力学模型确认基本框架

2.2 测试计划

2.3 相关分析

2.4 修正参数选择

2.5 模型修正

2.6 算例研究

2.7 小结

第三章 机匣动力学特性分析

3.1 机匣有限元建模与分析

3.2 机匣的试验模态分析

3.3 小结

第四章 单个机匣动力学模型修正

4.1 机匣初始有限元建模与相关分析

4.2 修正参数选择

4.3 修正结果分析

4.4 小结

第五章 连接机匣动力学模型修正

5.1 螺栓连接动力学建模

5.2 简单螺栓连接梁模型修正

5.3 螺栓连接机匣模型修正

5.4 小结

第六章 螺栓连接对机匣动力学特性的影响分析

6.1 激励力幅值对连接机匣动力学特性的影响

6.2 螺栓预紧力矩对连接机匣动力学特性的影响

6.3 螺栓数量对连接机匣动力学特性的影响

6.4 螺栓装配误差对连接机匣动力学特性的影响

6.5 小结

第七章 全文工作总结与展望

7.1 本文的主要工作和贡献

7.2 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