考虑端齿预紧的新型中心拉杆-转子-叶片耦合系统动力学特性分析

基于端齿连接结构在预紧力作用下的受力与变形关系,提出了一种考虑端齿预紧的新型中心拉杆-转子-叶片耦合系统动力学分析模型。首先通过铁木辛柯梁理论和哈密顿变分原理,推导了耦合系统的动力学方程;然后采用抗弯刚度修正模型,将端齿预紧的接触界面效应计入到耦合系统动力学模型中,并采用有限元模型结果验证了模型的正确性;在此基础上,分析了预紧力对耦合系统临界转速和不平衡响应的影响规律。研究结果表明在预紧松弛情况下,因为端齿连接结构抗弯刚度的降低,使耦合系统的临界转速大幅降低。而对于不平衡响应而言,耦合系统的响应幅值随预紧力的增加而逐渐减少,当在预紧力达到60 kN时,此时近似等效于无端齿连接结构的整体转子系统。

航空涡轴发动机复杂转子叶片系统动力学特性研究

基于赫兹接触理论与数理统计相结合的方法,构建了含有弹性、弹-塑性、完全塑性的3个变形过程在内的端齿等效接触动力学模型。针对航空涡轴转子系统复杂的结构特征,采用有限元和哈密顿变分原理建立了含有接触效应的端齿连接结构在内的航空发动机复杂转子-叶片耦合系统的动力学分析模型,并通过与有限元结果对比验证了模型的有效性。在此基础上,研究了不同预紧力作用下耦合系统的固有频率、稳态响应以及瞬态不平衡响应特性。研究结果表明预紧力对端齿连接结构的接触状态影响非常明显,在预紧松弛状态下,其连接界面滑移会引起有效接触界面的抗弯刚度和抗扭刚度的减少,从而引起端齿连接刚度下降,同时在耦合系统的轮盘处x方向,扭转振动与叶尖弯曲方向处的瞬态和稳态不平衡响应的幅值有明显放大现象,而当预紧力设计范围为2.0×10^(4)~2.0×10^(5) N,此时端齿连接结构近似等效于刚性连接。本文研究结果可为含有端齿连接结构的航空涡轴发动机轴向预紧力的设计提供了定量的参考依据。