发动机主轴疲劳寿命有限元预测方法仿真

主轴的稳定性与可靠性决定了发动机是否能够正常运转,为确保发动机运行安全,提出基于有限元的发动机主轴疲劳寿命预测方法。分别分析温度、转数和负荷对发动机疲劳寿命的影响,根据分析结果将负荷作为主要影响因素,通过构建负荷分布模型,获取主轴变形与荷载的关系以及主轴受力情况;有限元分析过程包括目标离散化、单元分析、总刚集成荷载移置等,计算获得目标的位移函数、应变函数以及刚度矩阵;将最大剪应变区间、法向应变区间和最大应力区间作为疲劳参数,构建寿命预测模型,经过参数修正,得到最终预测方程。仿真结果表明,所提方法能够准确分析得出疲劳寿命随转数和荷载的变化趋势,得到的预测结果与实际结果相符。

基于拟动力学的航空发动机主轴滚子轴承热弹流润滑分析

以D1842926航空发动机主轴滚子轴承典型工况为算例,基于拟动力学分析结果,获得滚动体与套圈之间的接触微区运动和受力状态,分别用Hamrock-Dowson(H-D)拟合公式,Wilson-Sheu(W-S)热修正公式和热弹流数值法得到最小膜厚,并与试验测试数据进行了对比,结果表明,H-D最小膜厚误差非常大,W-S热修正最小膜厚比H-D误差要小,但误差仍在40%以上,文中数值结果与试验数据较为一致,误差10%以内;对比不同速度下三种算法的最小膜厚分布,低速时三者较为一致,随着速度的提高,H-D最小膜厚误差越来越大,而W-S最小膜厚在速度增大到一定程度后反而降低;随着径向载荷的增大,润滑膜压力增大,膜厚减小,两端的压力略高于中间;随着转速增大,润滑膜膜厚增大,压力基本没有变化。

考虑动力学特性的航空发动机主轴球轴承热弹流分析

本文中以476728航空发动机主轴球轴承高速重载典型工况为算例,提出一种将轴承动力学分析和热弹流润滑分析相集成的数值算法,打破传统分析中二者在各自领域独立进行的局限性,提高了轴承数值计算的精确度.对比了传统拟动力学分析、集成分析和实验实测的最小膜厚,结果表明:集成分析结果与试验获得数据更为一致,证明本文的算法可行,能够更为准确地判断航空发动机主轴球轴承的润滑状态.探讨了航空发动机主轴球轴承结构参数曲率系数、初始接触角和滚动体数目对轴承接触应力、相对滑动速度、弹流润滑膜压力、膜厚和温度性能的影响,为航空发动机主轴球轴承的结构设计及优化提供重要理论依据.

航空发动机主轴轴承故障诊断

某型航空发动机的主轴轴承由于频繁出现早期失效而引起发动机故障,因此,对滚动轴承进行状态监测和故障诊断具有重要的实际意义。针对常规方法难以准确分析非平稳信号的局限性,本文研究了基于小波分析的滚动轴承故障诊断方法,通过滚动轴承外表面损伤的仿真信号进行小波包频谱分析,验证了基于小波分析的滚动轴承故障诊断方法是可靠、准确的,可以应用于航空发动机主轴轴承的状态监测和故障诊断。

稀疏驱动的航空发动机主轴承智能监测研究

微弱特征提取是航空发动机健康监测与智能诊断的关键技术之一。本文针对航空发动机主轴承微弱故障智能监测难题,基于信号先验提出增强稀疏驱动的智能监测方法。通过分析经典凸稀疏诊断模型难以兼顾信号降噪与特征重构性能的缺陷,构建基于莫罗包络理论的非凸正则凸优化增强稀疏模型,以实现微弱特征提取;进而提出稀疏驱动的深度卷积变分自编码网络智能监测方法,通过对健康状态稀疏降噪样本的训练实现对故障异常状态的智能识别。通过航空发动机主轴承疲劳寿命试验的工程案例对提出方法进行性能验证,结果表明:增强稀疏驱动的智能监测方法具有良好的异常状态智能识别能力,能够有效支撑航空发动主轴承微弱故障的智能监测与诊断。

某无人机用涡喷发动机主轴疲劳寿命计算

涡喷发动机主轴所承受载荷十分复杂,扭矩、轴向力、离心载荷和陀螺力矩等载荷共同作用于主轴,在高温区还承受热负荷。在这些交变载荷共同作用下,疲劳断裂失效是其主要失效模式。根据无人机的任务剖面,编制该无人机用涡喷发动机主轴的疲劳载荷谱;并用工程估算方法得到该涡喷发动机主轴的S-N曲线,基于ANSYS建立有限元模型并进行疲劳寿命分析,给出了该涡喷发动机主轴的寿命。

飞行器发动机主轴承故障预测技术

分析飞行器发动机主轴承失效的主要原因,提出了一套工程上易于实现的发动机主轴承故障预测方法,包括油液监测、温度监测、振动监测、噪声分析、转子惯性及轴承间隙监测等方法。工程实践证明,系统地运用这些技术方法能及时发现发动机主轴承故障,减少飞行事故。

发动机主轴滚子轴承铣削加工稳定性模糊控制方法的研究

为了进一步保障发动机主轴滚子轴承的加工质量,提出了发动机主轴滚子轴承铣削加工稳定性的模糊控制方法,构建了滚子轴承铣削加工模型,深入分析了铣削加工颤振产生的机理。基于模糊集合理论设计了模糊PID控制器,建立了颤振频率模糊PID控制流程,实现了对发动机主轴滚子轴承铣削加工稳定性的模糊控制。实验结果表明,应用提出方法后,能有效控制铣削加工颤振频率,滚子轴承表面振纹显著减少甚至消失。

发动机主轴承的油膜厚度测试技术

提高发动机燃油经济性的有效途径之一是改善各种零部件滑动部位的润滑状况,以降低摩擦,提高可靠性。因此,掌握发动机主轴承的油膜状态(油膜厚度、油膜压力)是至关重要的,这就要求对油膜状态,尤其是油膜厚度进行测试。介绍了几种常用油膜厚度测试技术的原理和应用范围,如激光诱导荧光法、总电容法、薄膜法等,并给出了相应的测试结果。此外,对发动机实际运转时的主轴承油膜动态,如油膜厚度的变化,以及发动机运转条件与最小油膜厚度的关系进行了描述。

基于拟动力学的航空发动机主轴球轴承热弹流润滑分析

以航空发动机主轴球轴承高速高温重载典型工况为算例,基于轴承拟动力学分析,得到滚动体与套圈之间的微接触区运动和受力状态,分别用Hamrock-Dowson(H-D)拟合公式和翟文杰热修正公式计算了最小膜厚(MFT),同时结合热弹流润滑分析得到最小膜厚分布,对比了试验测试、H-D拟合、翟文杰热修正和热弹流润滑分析4种算法的最小膜厚,并根据膜厚比判定了轴承的弹流润滑状态.结果表明:H-D拟合和翟文杰热修正最小膜厚与试验测试结果相差较远,热弹流润滑分析结果与试验数据吻合性较好,误差10%以内;探讨了不同工况下的轴承弹流润滑性能.结果表明:存在径向载荷时,润滑膜整体压力增大,膜厚减小;随着转速增大,压力减小,膜厚增大,但是增大的趋势减缓.

航空发动机主轴疲劳寿命预测方法

对航空发动机主轴疲劳寿命分析多采用EGD-3斯贝MK202发动机应力标准中提供的方法.以某涡轮轴为对象,基于EGD-3方法,分别采用查图和有限元法计算得到的应力集中系数进行寿命估算;利用应力修正系数法对主轴低周疲劳寿命分析,并将结果与传统名义应力法计算结果对比.结果表明:运用应力修正系数法估算主轴低周疲劳寿命结果与EGD-3查图结果相当,是可行的;在高低周载荷下,使用有限元法计算应力集中系数的EGD-3方法计算的主轴疲劳寿命更符合实验结果.

航空发动机主轴承接触应力精确仿真计算方法

采用稳态热分析与动态接触力学分析相结合的方法以提高计算精度,考虑轴承摩擦生热及瞬态冲击效应的影响,得到经热应力修正的轴承应力分布及变化特征。研究表明:最大动态接触应力位于钢球表面,外圈滚道次之,内圈滚道最小;轴承接触应力具有明显动态冲击响应特性,分布及大小具有随机变化性;接触应力由主应力与剪切应力共同构成,随转速及轴向载荷增大而增大。

航空发动机主轴轴承状态监测研究现状与发展趋势

航空发动机主轴轴承承受着高温、高速、重载、贫油、断油等极端工况,其疲劳、磨损等失效问题严重影响发动机的可靠性。因此,对航空发动机主轴轴承的使用状态进行有效精确监测极为重要。对航空发动机主轴轴承工况特点、主要失效模式和失效机制进行了梳理;针对主轴轴承的状态监测方法和技术,总结并对比分析了现有主轴轴承振动、滑油状态、声音、声发射、温度等监测方法的优势与不足;讨论了基于多传感器信息融合的主轴轴承状态监测方法及技术特色。结果表明:主轴轴承的材料、结构特性等对传感器输出信号的影响,传感器结构的微型化、无线化,高效的多传感器信息融合与决策方法,以及物理模型与数字模型的数据交互将成为主轴轴承状态监测未来主要的研究方向。

基于多体动力学的发动机主轴承润滑特性Kriging建模

基于多体动力学(MBD)和弹性流体动力学(EHD)对某汽油发动机主轴承的润滑特性进行研究,利用实验设计(DOE)方法分析了半径间隙、轴承宽度、机油粘度和供油压力等设计变量对主轴承润滑性能,如最小油膜厚度(MOFT)、峰值油膜压力(POFP)、液动摩擦损失(FRIC)和机油端泄流量(Flow)等的影响,并利用Kriging方法建立准确表征主轴承润滑特性的简化模型。结果表明,Kriging可以在较少采样点的情况下建立较准确的主轴承模型。Kriging方法建立的简化模型计算和原始轴承仿真模型相比计算时间大大减少,可用于对轴承的设计优化。

某型航空发动机中介主轴承早期微弱故障诊断研究

针对基于机匣采集的振动信号难以有效提取出航空发动机中介主轴承早期微弱故障特征的问题,提出了基于巴特沃斯低通滤波器降噪和Hilbert包络解调的中介主轴承早期微弱故障诊断方法。该方法依托带涡轮支承和外机匣的新型航空发动机中介主轴承试验器,首先,开展某型发动机巡航状态下健康中介主轴承试验,获取基准振动频谱特征;然后,进行外圈剥落预置故障的轴承试验,对采集的振动信号通过低通滤波降噪并进行Hilbert包络分析解调出低频故障信号;最后,对比分析健康主轴承试验与轴承故障试验的时域波形、频谱和包络谱。结果表明,包络谱中转差信号与呈现“山”型边带特征,可用于诊断该型航空发动机中介主轴承外圈的早期剥落故障。

航空发动机的轴承故障动力特征指纹提取方法研究

航空发动机主轴轴承是航空发动机中的关键部件,其使用条件苛刻,长时间工作在高速、高温的恶劣环境下,因而它是发动机最容易损伤的零件之一。主轴轴承损伤会导致发动机故障,严重威胁飞机的安全平稳飞行甚至造成更大的安全事故。故而,针对航空发动机主轴轴承进行故障评定方法研究,对于及时发现航空发动机主轴轴承缺陷,确保航空器的安全飞行具有重大意义。对航空发动机主轴轴承的状态监测、评定及诊断,其关键、难点在于如何从轴承振动信号中提取出轴承的动力特征指纹信息。在某种程度上,动力特征指纹提取可以说是当前航空发动机主轴轴承故障评定与诊断研究中的瓶颈问题。

航空发动机复合材料主轴优化方案设计方法

提出了航空发动机复合材料主轴优化设计方法,建立了以质量最轻为目标函数,以强度、临界转速和外径尺寸为约束,以轴芯厚度、复合材料层数、各层厚度和各层铺设角度为优化设计变量的优化数学模型。基于ANSYS软件,建立了发动机复合材料主轴优化方案设计平台,着重解决了可同时进行离散和连续设计变量优化的问题。以低压涡轮主轴为例,进行了金属基复合材料主轴优化设计,设计的复合材料主轴质量比同负荷金属轴减少36.16%。

粗糙云模型与PROMETHEE的航发主轴轴承失效模式重要度评估

针对目前航空发动机主轴轴承关键失效模式确定困难的问题,提出了一种粗糙云模型与偏好顺序结构评估(PROMETHEE)的航发主轴轴承失效模式重要度评估方法。结合失效模式与影响分析(FMEA)方法,通过专家系统构建主轴轴承各失效模式的风险评估矩阵;运用粗糙集理论与云模型理论,将风险评估矩阵转换为粗糙云评估矩阵,描述专家评价信息中存在的主观性、模糊性和随机性问题;运用PROMETHEE计算各失效模式的流出量、流入量与净流量,根据净流量的大小对航发主轴轴承的6种失效模式进行风险排序,为制定预防措施和降低风险提供可靠依据。

基于改进二阶循环平稳解卷积的轴承故障检测方法

针对涡轴发动机主轴轴承故障特征难以提取,背景噪声干扰大的问题,提出了改进二阶循环平稳解卷积(PSO-CYCBD)方法,用于提取强噪声背景下的故障特征频率.该方法采用粒子群优化(PSO)算法对二阶循环平稳解卷积(CYCBD)方法中的滤波器长度参数进行寻优.首先,基于故障轴承振动特点建立信号模型,然后用PSO算法对包络谱故障特征比(FFR)进行最大化处理,将得到的最优滤波器长度参数输入到CYCBD方法中,对滤波后的信号进行包络谱分析,提取故障特征频率.最后,将提出的方法应用于实测信号中,与传统包络谱分析相比提高了故障特征提取的效率和准确性,从而验证了该方法的有效性.

高DN值轴承损伤容限设计准则

分析了航空发动机主轴承断裂的机理 ,指出在高速下轴承元件存在较大内应力 ,或轴承材料断裂韧性不足 ,有可能导致轴承元件在出现严重剥落前 ,材料内部的原始缺陷迅速扩展 ,超过临界裂纹尺寸而发生快速断裂。给出了两个高速轴承元件损伤容限设计准则 ;在实际中 ,应尽量提高轴承材料的高断裂韧性并采用先进探伤技术以加强对主轴承的监控及监测。