【摘 要】
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在航空发动机工作的过程中,涡轮盘有时可能会发生超转现象,此时涡轮盘的实际转速超过了最大工作转速,轮盘可能发生破裂。因此,能够准确预测轮盘的破裂转速具有十分重要的意义。另外,在保证轮盘的安全性的前提下,可以对涡轮盘进行结构优化,以寻求更合理的应力分布和更低的重量。本文针对航空发动机涡轮盘的强度问题,利用有限元仿真分析,开展了轮盘破裂转速预测方法的研究。论文主要的工作和结论如下:1.对某发动机涡轮盘进
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在航空发动机工作的过程中,涡轮盘有时可能会发生超转现象,此时涡轮盘的实际转速超过了最大工作转速,轮盘可能发生破裂。因此,能够准确预测轮盘的破裂转速具有十分重要的意义。另外,在保证轮盘的安全性的前提下,可以对涡轮盘进行结构优化,以寻求更合理的应力分布和更低的重量。本文针对航空发动机涡轮盘的强度问题,利用有限元仿真分析,开展了轮盘破裂转速预测方法的研究。论文主要的工作和结论如下:1.对某发动机涡轮盘进行有限元分析,求得在工作转速下轮盘的应力应变分布,分别根据平均径向应力法和平均周向应力法预估出涡轮盘的破裂转速,并对结果进行有限元仿真检验,结论为涡轮盘在66000r/min-67000r/min时,在涡轮盘辐板处节点A、B半径处沿径向发生破裂。2.为了降低涡轮盘形状优化工作的难度,减轻工作量,在ISIGHT平台集成UG几何建模软件、ABAQUS有限元分析软件、MATLAB数学软件,搭建起一个涡轮盘模型的优化仿真分析流程。3.涡轮盘参数化模型经过优化,涡轮盘辐板处的平均周向应力,辐板关键节点处圆柱面上的平均径向应力有所降低,整体体积也减小了55.8mm~3,符合结构优化的意愿。但是,如果不对涡轮盘原始模型进行大的结构性变动,仅仅只是在参数上做一些变化,并不能有效的对模型进行优化作业。4.根据双辐板结构对涡轮盘进行改型设计,并进行有限元仿真,将双辐板涡轮盘与单辐板涡轮盘进行对比。在应力水平大致相当的情况下,双辐板涡轮盘较传统涡轮盘在质量方面有较大优势,与单辐板涡轮盘相比,双辐板涡轮盘的体积为162438.1mm~3,减少了8.45%,并且双辐板涡轮盘可以使发动机结构更优,零件数量减少,可靠性和推重比提高。
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