项目名称: 航空发动机转子盘鼓组合界面非线性动力学特性及失效机理研究

项目编号: No.11472148

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 秦朝烨

作者单位: 清华大学

项目金额: 75万元

中文摘要: 航空发动机普遍采用盘鼓式转子结构,通过螺栓实现轮盘与鼓筒间的连接。航空发动机运行过程中,盘鼓组合界面上的相对滑移会导致转子局部连接刚度和阻尼非线性,影响转子系统的动力学特性;而长时间处于复杂交变载荷作用下,螺栓还可能会出现松动,诱发转子大幅振动,甚至造成结构破坏。本项目旨在掌握高速旋转状态下转子系统中连接结构的非线性力学特性及螺栓松动机理,揭示连接结构对转子系统动力学特性的影响规律。以航空发动机盘鼓组合界面为研究对象,提出能够反映转子回转效应以及接触、摩擦非线性特征的组合界面力学模型,研究盘鼓转子的非线性动力学行为,探讨螺栓松动的产生原因及其转子系统动力学特性的影响,提出抑制转子连接非线性和螺栓松动的方法,为航空发动机转子系统中组合界面的设计和使用提供理论基础,研究成果对于提高我国航空发动机的设计水平及运行稳定性具有重要的理论和实用价值。

中文关键词: 航空发动机;转子系统;盘鼓组合界面;非线性动力学;螺栓松动

英文摘要: Disk-drum type rotors have been widely used in aero-engines, where adjacent disks and drums are connected by bolted joints. In the course of engine operation, the relative slippage at the joint interfaces will lead to nonlinear stiffness and friction damping and affect rotor system dynamics. Furthermore, under long-term alternating loading conditions, the bolt loosening might appear, which will cause large vibration of rotor systems and even result in structure damage. The purpose of this project is to understand the nonlinear joint characteristics and the bolt loosening mechanism under high rotating speed, and reveal the effect of the joints on the rotor system dynamics. The disk-drum joint interfaces in aero-engine rotors are studied here. The joint interface model involving the rotation effect and the nonlinear frictional contact charactersitics is proposed. And the nonlinear dynamics of the dick-drum type rotor are evaluated. The cause for the onset of the bolt loosening and its influence on the dynamics of the rotor system are investigated. Finally, the means for controlling the nonlinear joint characteristics and the bolt loosening are proposed. The research in this project will provide theoretical basis for the design and application of joint interfaces in aero-engine rotors. The research results have significant theoretical and practical merit for enhancing the design level and operation stability of aero-engines in our country.

英文关键词: Aero-engine;Rotor system;disk-drum joint interface;Noninear dynamics;Bolt loosening

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