螺栓联接薄壁机匣结构强度计算方法研究

• 作 者: 路闯
• 出 处: 沈阳航空航天大学
• 发表日期: 2014年01期
• 关键词: 航空发动机机匣 有限元法 螺栓联接 强度计算

航空发动机机匣是传递推力的主要承力件，也是形成发动机气流通道的主要构件，其结构复杂并且承受多种载荷。在现代航空发动机机匣设计中，将机匣尽可能设计成轻、薄形式，最大限度的提高发动机的推重比。但是薄壁机匣在载荷的作用下容易产生疲劳和裂纹，所以在设计中必须满足结构的强度要求。本文主要针对螺栓联接薄壁机匣结构进行强度计算，对强度的计算方法进行研究。文中首先对典型的螺栓联接结构进行强度计算，模态分析以及模态实验，研究不同联接类型对螺栓联接结构在强度、振动方面的影响。其次，研究了螺栓联接薄壁机匣结构的强度计算方法。分别采用应力计算解析方法、整体式机匣三维有限元强度计算方法、循环对称结构强度计算方法对整体式薄壁机匣进行强度计算，与实验结果对比表明循环对称结构模型的强度计算结果和三维整体模型的强度计算结果很相近；然后采用目标驱动优化方法对整体式薄壁机匣进行优化，优化后最大等效应力降低了8.4%，质量降低了1.75%，而最小安全系数提升了1.03%；采用应力计算解析方法、对开式机匣三维有限元强度计算方法、对开式机匣二维有限元强度计算方法对对开式薄壁机匣结构进行强度计算，对比计算结果发现采用二维有限元强度计算方法代替三维整体计算可以很好地模拟带纵向安装边螺栓联接薄壁机匣壁上大部分区域内的应力；最后，对螺栓联接结构有限元模型进行简化，将实体螺栓模型简化成混合螺栓结构模型，为了证明该简化方法可以应用到螺栓联接薄壁机匣结构强度计算上，将带横（纵）向安装边螺栓联接薄壁机匣结构中实体螺栓替换成混合螺栓结构，从新进行强度计算，对比两种计算结果可知，简化前后的计算结果相接近。