不同预紧力分散度条件下螺栓止口连接组件有限元分析

螺栓止口连接是航空发动机中常见的连接形式,在现有工艺技术条件下,螺栓预紧力往往存在较大分散性,加剧了航空发动机力学性能的波动。利用ANSYS Workbench有限元软件对不同预紧力分散度条件下的螺栓止口连接结合面Von Mises等效应力分布及组件刚度进行了仿真计算。按照工程经验设置了5组预紧力分散度值,并针对每组分散度随机生成一组对应的螺栓预紧力数值,实现对工程实际中预紧力分散度情况的模拟。然后分析了结合面的应力分布情况,通过对组件分别施加轴向载荷、径向载荷和扭转载荷,获得了组件轴向刚度、径向刚度、扭转刚度变化曲线,最终得到预紧力分散度对螺栓止口连接组件刚度的影响规律,为预紧力分散度的控制提供了理论参考依据。

装配工艺参数对止口螺栓连接结构力学特性的影响分析

以航空发动机转子系统中止口螺栓连接结构为研究对象,基于单螺栓连接结构分析弯曲刚度的非线性特征,利用ANSYS实体单元建模方法分析连接结构的弯曲刚度,重点讨论了有无止口连接、预紧力、螺栓直径、止口过盈量等装配工艺参数对连接结构弯曲刚度的影响规律,并分析了止口连接结构对转子系统固有特性的影响.研究结果表明:止口连接结构的弯曲刚度呈现分段特性;增大预紧力、螺栓直径以及止口过盈量能提高连接结构弯曲刚度;有无止口连接结构的转子系统前三阶固有频率的相对误差小于2%,止口连接结构能够降低转子系统的最大振动幅值.

止口结构影响下的螺栓组装配工艺研究

螺栓-止口连接结构在航空航天、机床、高铁、掘进装备等工业产品中有着广泛的应用。但是止口结构的存在,影响了最终螺栓预紧力分布的一致性,而且针对止口影响下的螺栓预紧力变化规律缺乏相关的理论与工艺试验研究这一现状,本文开展了止口结构影响下的螺栓预紧力变化规律理论分析与工艺试验研究。定性分析了止口结构影响下的预紧力变化规律,建立了止口结构影响下的螺栓预紧力变化的理论模型,并开展含有24颗螺栓的螺栓连接试件与螺栓-止口连接试件的对比试验,试验结果表明,热装工艺完成后,止口结构会对上连接件产生一个“撬力”作用,造成连接界面出现不均匀的缝隙,在这种情况下,输入的扭矩需要先克服止口对上连接件作用的“撬力”,输入能量会有所损失,造成了平均预紧力的下降;同时,止口结构的存在同时会减小螺栓预紧力的分散性,针对这种现象设计了一种压板并提出了均压工艺,试验结果表明,采用均压工艺以后再对螺栓组进行拧紧不仅可以抵消止口结构“撬力”的影响,使螺栓组的平均预紧力有所提高,还能使螺栓预紧力分散性降低,提高装配质量。相关研究结果对螺栓-止口连接结构的工艺设计具有积极意义。

止口螺栓连接结构非线性刚度机理分析及数值仿真

以高速转子的止口螺栓连接结构为研究对象,从结构不同阶段的应力-应变分析和有限元数值仿真两方面研究其拉伸刚度和弯曲刚度的非线性特征及其形成机理,重点讨论了止口对连接结构非线性刚度的影响,获得了关键参数对连接刚度的影响规律,在此之上,定量分析了止口螺栓连接刚度损失对某高压转子振动特性的影响。结果表明:止口螺栓连接结构受拉时具有3种变形状态,拉伸刚度呈现分段非线性特征。弯曲刚度具有"倒S"形非线性变化规律,非线性拉伸刚度和拉压区域面积变化是其产生的内在原因。止口紧度对弯曲刚度影响较为明显,转速则影响较小。止口螺栓连接刚度损失对弯曲型和俯仰型临界转速存在一定影响,而对平动型临界转速影响极小。

止口螺栓连接结构解析建模与阻尼特性分析

针对止口螺栓连接,论文从连接结构轴向拉压力学行为分析出发,提出了可模拟连接非线性刚度和阻尼耗散的扇区模型,基于此进一步构建了弯矩载荷下的非线性解析模型。通过与三维实体有限元模型计算结果的对比分析,验证了所提出模型的有效性,并揭示了连接的非线性刚度特性和迟滞阻尼特性。基于所提出模型研究了关键参数对止口螺栓的阻尼特性的影响规律,结果表明:连接的阻尼耗散能力随弯矩载荷幅值和摩擦因数的增加呈现先增加后降低趋势,而随止口紧度和法兰长度的增加单调增加;法兰长度除对连接的阻尼耗散存在一定影响外,还能显著降低连接结构的等效刚度。

制造误差对航发转子同心度的影响

高压涡轮轴-盘是涡扇航空发动机的核心转子部件。在这类复杂的转子结构件中,大量使用了螺栓-止口连接结构,特点是通过止口的过盈配合来实现装配过程中的定心定位作用。同时,高压转子具有典型的高速、高压和高温运行特征,其装配质量的好坏直接影响以高压涡轮轴-盘为装配基准的其他转子部件的装配精度。针对上述问题,以某型号涡扇发动机的高压涡轮转子篦齿盘装配为例,通过螺栓将高压涡轮轴、篦齿盘和高压涡轮盘串装在一起,并将转子制造误差与装配工艺误差引入转子装配过程仿真模型和高温下转子同心度退化过程仿真模型,研究制造参数与装配工艺对转子同心度的影响规律。