航空发动机转子热力耦合分析

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航空工业作为国防事业中最重要的组成部分,为我国国家安全做出了巨大的贡献。航空发动机作为飞机的“心脏”,一直是我国航空工业研究人员重点攻关的课题。转子是发动机的主要部件,也是发动机最重要的部件,在运行中承担着最复杂的工况,可以说转子的寿命某种程度上决定了发动机的寿命。由于转子的工作特质,温度在其复杂的工况中处于重要的位置,温度的改变往往会影响其他参数。转子上的许多故障,比如碰摩、热弯曲、裂纹等都有温度的影响因素,所以对转子热应力耦合的研究将为更好的理解发动机的运行,深入研究航空发动机的故障特征,找出温度和故障的关系,可以为预防故障的产生和优化转子的结构设计提供重要的理论依据和建议。本文以航空发动机双转子系统为研究对象,运用有限元理论研究了转子热力耦合问题,本文的主要工作表现在以下几个方面:(1)概述了航空发动机的结构特点,结合航空发动机的结构特点论述了转子热弯曲的故障原理。(2)对有限元方法在热力耦合问题上的理论应用进行了推导和分析,并且建立了转子热力耦合的一维解析模型和二维有限差分模型。(3)建立了转子热力耦合温度场的数学模型,建立了双转子的三维实体模型,并且通过ANSYS对双转子进行了温度场和应力场的仿真分析,通过仿真得到的图形和数据,对于温度云图和热应力云图问题进行了分析和探讨。(4)建立了转子碰摩数学模型,碰摩热弯曲温度场模型,碰摩热弯曲力学模型,探讨了Newmark积分方法在非线性问题数值求解的可行性。(5)通过ANSYS仿真分析,研究了温度变化对转子固有特性的影响,对双转子进行了模态分析和动力学仿真。(6)在定子径向变形为弹性变形,转子与定子的摩擦符合库仑定律假设基础上,运用ANSYS仿真对由转子碰摩间隙、碰摩刚度、碰摩温度变化引起的动力学行为进行了分析和研究。(7)探讨阐述了转子动静碰摩、转子热弯曲和转子摩擦热弯曲故障产生机理,它们与温度参数之间的关系,以及故障与故障之间相互影响的关系。
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