【摘 要】
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飞机进气道消音板安装于发动机进气道前缘临近风扇叶片的位置,是飞机众多结构件中典型的隔振装置。处于高强度、周期性的振动工况下,进气道消音板常有开裂、脱层的状况发生,一旦发生上述状况会严重威胁到机组人员和乘客的安全。因此,对进气道消音板进行振动分析和结构优化以降低其发生故障的可能性对于工程实际具有重要意义。本文以三明治夹芯板等效理论对某机型进气道消音板的六边形蜂窝夹芯结构进行力学等效分析,推导出消音板
【基金项目】
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“连续碳纤维增强镁基复合材料板短流程铸轧成形技术”(项目批准号:2020CG046),山西省高等学校科技成果转化培育项目; “连续碳纤维增强镁基复合材料条带界面结构及强化机理研究”(项目批准号:201901D011126),山西省自然科学基金; “大塑性变形及合金化制备高性能镁合金应用基础研究”(项目批准号:2019KJ0
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飞机进气道消音板安装于发动机进气道前缘临近风扇叶片的位置,是飞机众多结构件中典型的隔振装置。处于高强度、周期性的振动工况下,进气道消音板常有开裂、脱层的状况发生,一旦发生上述状况会严重威胁到机组人员和乘客的安全。因此,对进气道消音板进行振动分析和结构优化以降低其发生故障的可能性对于工程实际具有重要意义。本文以三明治夹芯板等效理论对某机型进气道消音板的六边形蜂窝夹芯结构进行力学等效分析,推导出消音板的力学等效模型;再使用有限元数值模拟软件ANSYS对消音板等效模型的动力学性能进行计算;最后对该机型消音板的结构参数做出优化。主要内容如下:(1)推导了该机型进气道消音板蜂窝夹芯曲板结构的等效模型。以三明治夹芯板理论为理论基础,对Gibson蜂窝夹芯板等效模型进行拓展研究,推导出与曲率相关的蜂窝夹芯曲板等效模型;利用有限元软件对本文所推导的等效模型进行验证,测得等效模型的精度为11.5%。(2)计算了该机型进气道消音板的振动特性以及结构参数对振动特性的影响。运用所推导的蜂窝夹芯曲板等效模型对消音板等效处理后,使用数值模拟软件ANSYS对消音板等效模型进行模态计算,得到消音板前五阶的固有频率分别为229.8Hz、298.7Hz、311.3Hz、390.4Hz、432.8Hz,前四阶为局部振型,第五阶为整体振型;分别计算了消音板的芯层厚度、面板厚度、背板厚度、芯子规格对消音板自身振动特性的影响,发现芯层厚度对消音板的振动性能影响最大,背板厚度次之,而面板厚度与芯子规格对于消音板振动特性影响较小。(3)分析了在不同工况下该机型进气道消音板的振动响应。在消音板振动特性分析的基础上,计算消音板在不同发动机工作状态、进气道内压、不稳定的大气扰动下的振动响应:当受到起飞、巡航、空慢三种不同的发动机振动载荷激励,消音板的最大等效应力分别为843.1Pa、558.2Pa和786.2Pa,说明起飞和降落阶段的消音板振动更加剧烈;使用Fluent解得消音板在进气道流量为403kg·s-1时所承受的负压在3.3MPa至4.9MPa,在4.9MPa的负压下,消音板前五阶固有频率相对于自由模态平均升高了14.1%;以高斯Dryden模型模拟不稳定的大气紊流,计算得到消音板在大气扰动下的最大变形量为11.5mm,所受最大应力为7145.2Pa。(4)优化了该机型进气道消音板的结构参数。在消音板动力学分析的基础上,对消音板的面板厚度、蜂窝芯厚度、背板厚度进行参数化建模并进行优化计算,得到使得消音板振幅更小的结构尺寸组合:面板内径为2900.0mm,面板外径与芯层内径相等为2901.8mm,芯层外径与背板内径相等为2984.0mm,背板外径为2985.2mm,即面板厚度为0.9mm、芯层厚度为41.1mm、背板厚度为0.6mm,为实际工程应用提供参考。
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