低压涡轮轴盘螺栓连接松动规律研究

摘要

航空发动机——典型的高速、高压、高温和高可靠性运行特征，被誉为“工业皇冠上的明珠”，螺栓连接具有结构简单、连接紧凑、便于装拆等优点，在航空发动机连接结构中应用广泛。目前低压涡轮轴盘在装配完成以后虽然符合装配要求，但是在服役以后，螺栓受载会发生松动出现连接状态不符合预期，为了保证低压涡轮轴盘连接在使用以后依然能够符合要求，就必须对受载以后螺栓连接松动规律有更深刻的把握。本文以低压涡轮轴盘转子螺栓组为研究对象，主要从螺栓连接受力分析、弹性相互作用、松动试验等几个方面入手来探究螺栓连接结构松动规律，研究内容如下： 首先，分析在动态横向载荷下螺栓端面与螺纹接触部分的受力情况的变化，基于临界摩擦力矩的概念分析单螺栓在承受横向交变载荷情况下的松动情况。 其次，由于现存的单螺栓横向振动松动试验机价格较高，所以设计并搭建单螺栓横向振动松动试验机与配套的系统，通过超声测预紧力系统直接测量单螺栓预紧力。分别以预紧力作为变量进行松动实验，并将实验结果与理论结果进行对比。验证理论模型的准确性，并取不同的量作为自变量进行离散分析，得出不同自变量对单螺栓松动的影响规律。 再次，对多螺栓载荷等效为单螺栓载荷进行计算与仿真分析，实现多螺栓载荷到单螺栓载荷的等效。并基于弹性相互作用理论，进行弹性相互作用实验计算出螺栓之间的相互影响系数，再结合单螺栓连接结构松动理论模型，得出螺栓组中单螺栓受载情况下预紧力降低以后在相互作用的影响下重分布的理论模型。 最后，由于现在并没有多螺栓松动的实验设备，所以设计并搭建可以用于法兰型多螺栓连接的多螺栓拉弯扭复合加载松动试验机与配套的系统，并且在低压涡轮轴盘件的尺寸与载荷基础上设计低压转子缩尺试件，在设计的试验机上进行多螺栓拉弯扭复合加载松动试验，验证理论模型的正确性并提出多螺栓连接受载情况下松动规律。 本文上述研究内容可以为单螺栓与多螺栓松动的研究提供理论参考与实验条件。对航空发动机栓接结构装配质量的提升具有理论和现实意义，同时也可以为法兰型多螺栓松动试验及研究工作提供参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 航空发动机紧固件研究现状

1.2.2 螺栓松动研究现状

1.2.3 螺栓组连接研究现状

1.2 本文研究内容

2 单螺栓连接结构松动理论模型研究与分析

2.1 动态横向载荷下螺栓头端面结构受力分析

2.2 动态横向载荷下螺栓螺纹结构受力分析

2.3 航空发动机转子单螺栓受载松动预测

2.4 本章小结

3 单螺栓松动实验与分析

3.1 基于声时差原理的超声波测螺栓预紧力方法的研究

3.2 单螺栓横向振动试验

3.2.1 实验原理及方法

3.2.2 单螺栓横向载荷振动试验系统设计

3.2.3 单螺栓横向振动实验步骤

3.3 单螺栓横向振动试验规律分析

3.4 单螺栓横向振动试验与理论结果对比

3.5 本章小结

4 多螺栓连接结构松动理论模型的建立

4.1 多螺栓载荷与单螺栓载荷等效分析与计算

4.1.1 无止口过盈法兰螺栓连接理论载荷等效计算

4.1.2 有止口过盈法兰螺栓连接载荷等效仿真分析

4.2 多螺栓弹性相互作用理论与实验分析

4.2.1 多螺栓弹性相互作用机理研究

4.2.2 多螺栓弹性相互作用系数实验方案设计

4.2.3 多螺栓弹性相互作用系数实验结果分析

4.3 多螺栓受载松动的预测

4.4 本章小结

5 多螺栓复合加载松动实验与分析

5.1 多通道超声波测螺栓预紧力方法研究

5.2 螺栓组复合加载松动试验

5.2.1 低压涡轮轴盘的缩尺试件设计

5.2.2 螺栓组复合加载松动实验原理与实验方法

5.2.3 螺栓组复合加载松动试验系统建立

5.2.4 螺栓组复合加载松动实验方案

5.3 螺栓组复合加载松动试验结果分析

5.4 螺栓组复合加载松动试验与理论结果对比分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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