某发动机挠性盘的强度分析及结构优化
终稿航空发动机涡轮盘强度分析
航空发动机涡轮盘静强度分析
倪钰鑫苏仲达潘毅飞
万家欢刘鑫陈章
南京航空航天大学能源与动力工程学院
2.1离心载荷
在轮盘的强度计算时,一般要考虑以下几种转速状态:
（1）飞行包线范围内规定的强度计算点上的稳态工作转速;
（2）型号规范中规定的最大允许稳态工作转速。
理论上所有齿面压力和在径向的分量等于叶片离心力。整体叶片作用于轮盘上的离心载荷为
（m为叶片的质量；R为质心到旋转轴的径向距离； 为角速度）
由设计转速可得到离心力Fc。
1.2涡轮盘有限元计算模型
在建立有限元模型时，如果我们只需要分析一级轮盘，则可以使用循环对称基本理论对模型进行简化；如果我们需要同时分析一级和二级轮盘则需要根据实际情况，如果两级叶片数不等，而且没有公约数，则难以把两级叶片系统局限于一个基本的重复扇区来建立模型。
1.2.1循环对称基本理论
对于一个结构，如果结构绕轴每旋转一个角度α，结构（包括材料常数）与旋转前完全相同，则称之为循环对称结构。涡轮在结构上成旋转周期性，可以按三维 群循环对称结构处理。
单离心载荷作用下涡轮盘的径向应力,切向应力分布见图11、图12所示。
计算结果表明,由温差引起的热应力,当轮缘温度高于轮心温度时,其径向应力为拉应力,切向应力在中心部分是拉应力,而在轮缘部分是压应力。单温度场作用下涡轮盘的径向应力在盘缘和中心孔向盘中央逐渐扩大,并在盘中间某位置处达到最大值612ＭＰａ。
结论
本文用有限元法对涡轮盘的离心负荷热弹性应力进行了综合考察和分析。计算结果表明:
航空发动机传动系统的强度分析与优化
航空发动机传动系统的强度分析与优化航空发动机作为现代飞行器的核心动力装置，其传动系统对于保障发动机正常运转和提升整体性能至关重要。
本文将就航空发动机传动系统的强度分析与优化展开讨论，探索如何提升传动系统的强度和可靠性。
一、航空发动机传动系统的基本构成与工作原理航空发动机传动系统由多个部分组成，包括主要的齿轮、轴、轴承等。
这些部件通过精密的设计和安装相互协作，将发动机产生的高速转动力矩传递给飞机的动力装置。
在发动机工作过程中，传动系统需要承受巨大的力矩和振动，因此传动系统的强度和可靠性对于飞机的正常运行至关重要。
二、传动系统强度分析的重要性传动系统的强度会受到多种因素的影响，包括材料的力学性能、运动配合精度、工作温度等。
因此，对传动系统的强度进行分析，能够确定传动部件的疲劳寿命和承载能力，为发动机的可靠性设计提供依据。
同时，通过强度分析还可以减轻传动系统的重量，提高整体效率，降低燃油消耗和对环境的影响。
三、传动系统强度分析的方法在进行强度分析时，可以借助计算机辅助工程（CAE）的方法，通过建立模型和数值模拟来预测传动部件的强度。
其中，有限元分析是一种常用的手段。
通过将传动部件分割成有限数量的小元素，在计算机上进行数值计算，可以得到各个元素上的应力和变形情况。
根据这些数据，可以判断传动部件在不同工况下的强度和可靠性，从而进行优化设计。
四、传动系统强度优化的方法在进行传动系统的强度优化时，有几个关键的方面需要考虑。
首先，选择适当的材料和工艺，确保传动部件的强度和刚度满足要求。
其次，通过合理的结构设计来减少应力集中和疲劳破坏的可能性。
可以采用中空轴设计、增加支撑结构和缓冲装置等方式来减小应力和振动。
此外，还可以利用优化算法进行参数优化，找到最佳的设计方案，以提高传动系统的强度和性能。
五、案例分析：航空发动机传动系统的强度优化以某型号航空发动机的传动系统为例，经过强度分析发现，在高负载工况下，传动轴存在应力集中的问题，可能导致断裂失效。
某型发动机改型压气机盘结构强度分析与优化
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双离合器式自动变速器(DCT)柔性盘振动强度计算分析
双离合器式自动变速器(DCT)柔性盘振动强度计算分析王明成;顾振宇;白秀超;宋斌;李兴忠【摘要】柔性盘作为自动变速器的重要组成部分,其减振性能的优劣不仅关系到传动系统的刚度强度性能,而且还影响整车的行驶平顺性.目前,国内针对自动变速器柔性盘的设计开发尚处于空白状态,急需在这领域进行相关研究工作.本文基于双离合器式变速器,设计开发了一套匹配发动机前置后驱C级轿车的柔性盘.在开发过程中对柔性盘进行了振动强度仿真分析计算,其中包括机构的轴向刚度计算分析和周向强度校核分析,并针对选用不同柔性盘盘体形状方案对减振效果进行了仿真对比计算,根据计算结果对柔性盘盘体形状进行了优化设计.【期刊名称】《传动技术》【年(卷),期】2015(029)003【总页数】5页(P18-21,47)【关键词】DCT;柔性盘;刚度;强度;振动仿真【作者】王明成;顾振宇;白秀超;宋斌;李兴忠【作者单位】中国第一汽车股份有限公司技术中心,长春130011;中国第一汽车股份有限公司技术中心,长春130011;中国第一汽车股份有限公司技术中心,长春130011;杭州前进齿轮箱集团股份有限公司,杭州311203;杭州前进齿轮箱集团股份有限公司,杭州311203【正文语种】中文【中图分类】U463.211+.2Key words: DCT flexible disk stiffness intensity vibration simulation 双离合器式自动变速器通过两个离合器分别连接两根输入轴，两个离合器分别在不同的速度接合，换挡过程中通过控制离合器的滑摩使得动力持续传递，能够实现在不切断动力的情况下转换传动比，有效提高换挡品质,获得较好的燃油经济性与动力性。
为防止发动机振动对双离合器的冲击，DCT变速器在发动机与离合器之间设计了柔性盘，以实现减小发动机轴向振动及保护双离合器的目的。
1.1 DCT柔性盘的结构布置如图1所示，DCT柔性盘主要由螺母1﹑盘体2和花键毂3组成。
某涡轮盘备件强度可用性分析
某涡轮盘备件强度可用性分析某涡轮盘备件与现用盘批次不同，结构略有差别，因此需要在发动机工作环境下对低压涡轮盘备件进行强度计算，并将涡轮盘现用件和备件应力计算结果进行对比，给出备件在强度方面的可用性分析结果。
标签：涡轮盘；备件；强度；应力1 计算软件强度计算采用ANSYS有限元软件，计算模型在UG软件中建模完成。
2 计算条件2.1 材料数据涡轮盘材料密度为8320 kg/m3，泊松比0.3，其他材料特性数据见表1、表2和表3。
表1 弹性模量E[1]表2 线膨胀系数α[1]表3 热导率λ[1]2.2 离心力载荷工作叶片的质量和回转半径为实测值；轮盘凸块的质量和回转半径来源于UG三维模型。
根据离心力计算公式计算得到叶片和轮盘凸块在工作转速下的离心力。
2.3 温度载荷涡轮盘存在温度变化，已知盘上特定部位的温度。
因此须通过热分析，根据不同部位的温度计算得到整个涡轮盘上的温度场分布。
3 二维轴对称计算3.1 计算模型3.1.1 坐标系定义坐标原点位于发动机轴线上，X轴为低压涡轮盘半径方向，Y轴为轴线方向，逆气流方向为正。
3.1.2 涡轮盘现用件和备件模型建模时，根据图纸尺寸在软件中绘制涡轮盘的剖面图，外缘取为榫槽底部，轮盘榫槽之间的凸块作为外载荷。
涡轮盘现用件和备件的剖面图见图1。
分网时，采用PLANE183号带中间节点的单元，将单元属性修改为轴对称，现用盘划分单元2256个，节点7165个；备件盘划分单元2425个，节点7672个。
涡轮盘现用件和备件的网格见图2。
图1 涡轮盘的剖面图图2 涡轮盘网格划分图3.2 载荷和边界条件施加温度载荷：热分析计算得到的温度场作为温度载荷施加在模型节点上；离心力载荷：叶片和轮盘凸块离心力以均布力方式施加在轮盘外缘上；位移边界条件：轴向位移约束施加在轮盘右侧与低压涡轮轴连接处，周向位移约束施加在轮盘盘心处。
载荷和边界条件的施加位置如图3所示。
图3 涡轮盘的载荷和边界条件施加位置3.3 应力计算结果最大应力计算结果见表4，涡轮盘备件应力分布云图见图4～图7，现用涡轮盘应力分布与备件盘基本相同。
机械结构强度优化及模拟分析
机械结构强度优化及模拟分析机械结构的强度优化及模拟分析随着科技的不断进步和工程领域的不断发展，机械结构的强度优化及模拟分析成为了一个重要的研究课题。
机械结构在工程设计中扮演着重要的角色，其强度和稳定性直接关系到设备的稳定运行和安全性。
因此，通过优化设计和模拟分析，能够提高机械结构的强度和性能，从而有效降低故障率和提高设备的寿命。
一、机械结构优化设计在机械结构的优化设计中，首先需要进行结构分析，了解机械结构的载荷情况。
通过载荷分析，可以确定机械结构所承受的力和应力分布情况，进而了解到机械结构的强度需求。
接下来，可以利用CAD软件进行构件的设计和三维建模。
在设计过程中，需要考虑构件的几何形状、材料性能和力学特性等因素，以满足机械结构的强度要求。
在设计过程中，还可以运用拓扑优化的方法对机械结构进行优化。
拓扑优化通过改变材料的分布，以降低结构的质量和提高强度效率。
其中，拓扑优化分为密度法和拓扑法。
密度法通过调整材料的分布密度，使得结构在同样的强度要求下达到最轻量化。
拓扑法则是更进一步在密度法基础上优化建议结构的形状。
此外，还可以借助有限元分析(FEA)进行机械结构的模拟分析。
有限元分析是一种通过建立数学模型来评估结构行为的方法。
在有限元分析中，首先对机械结构进行网格划分，将结构分割成有限数量的小元素。
然后，通过数学方法对每个小元素进行力学分析，得到结构的应力分布和变形情况。
最后，通过数值计算和求解方程，可以得到机械结构的强度、刚度和整体性能等参数。
二、机械结构模拟分析除了有限元分析外，还可以运用其他模拟分析方法对机械结构进行研究。
例如，可以使用计算流体力学(CFD)模拟流体在机械结构中的行为。
CFD可以对流体流动、传热和质量传递等流体力学问题进行模拟，因此在机械结构中的应用非常广泛。
另外，还可以运用多体动力学模拟(MBS)对机械结构的动力学行为进行研究。
MBS模拟了多个刚体或弹性体之间的相互作用和动力学行为，可以全面地分析机械结构的运动特性、振动响应和稳定性等问题。
航空发动机涡轮叶盘设计与强度分析
航空发动机涡轮叶盘设计与强度分析航空发动机作为现代飞机的核心装置，其设计与强度分析对于飞机的安全性和性能至关重要。
其中，涡轮叶盘作为发动机的关键组成部分，其设计和强度分析尤为重要。
本文将探讨航空发动机涡轮叶盘的设计原理和强度分析方法。
一、涡轮叶盘的设计原理涡轮叶盘是航空发动机中密封转子的重要组成部分，具有高强度、高刚度和高旋转速度等特点。
其设计原理主要包括叶盘类型选择、叶盘的材料选择、叶盘的几何参数设计等方面。
1. 叶盘类型选择根据不同的发动机类型和工作条件，涡轮叶盘可分为单晶叶盘、多晶叶盘和铸造叶盘等不同类型。
其中，单晶叶盘具有良好的高温性能和抗疲劳性能，适用于超高温环境下的发动机。
而多晶叶盘则具有较好的耐腐蚀性和低成本优势，适用于一般航空发动机。
铸造叶盘则是一种传统的叶盘制造技术，适用于一些低温和低压力条件下的发动机。
2. 叶盘材料选择涡轮叶盘的材料选择直接影响其强度和寿命。
目前常用的叶盘材料有镍基高温合金和钛合金等。
镍基高温合金具有良好的高温强度、抗氧化性和蠕变抗性，适用于高温和高压力条件下的发动机。
而钛合金则具有良好的机械性能和耐腐蚀性，适用于一些中低温条件下的发动机。
3. 叶盘的几何参数设计涡轮叶盘的几何参数设计包括叶片数目、叶片形状、叶片高度等方面。
叶片数目的选择需考虑到发动机的功率和效率，过多的叶片数目会增加空气动力损失。
叶片形状的设计涉及到叶片的攻角和偏航角等参数，需要通过流场分析和试验验证。
叶片高度的设计需考虑到空间限制和强度要求。
二、涡轮叶盘的强度分析方法涡轮叶盘的强度分析是设计过程中的重要环节，主要包括静态强度分析和疲劳强度分析两个方面。
1. 静态强度分析静态强度分析是指对涡轮叶盘在静定负载作用下的强度进行评估。
其中，涡轮叶盘的强度计算主要包括应力计算和位移计算两个方面。
应力计算可通过有限元方法进行，求解叶盘在各种工况下的应力分布，评估其是否满足强度要求。
位移计算则可通过等效刚度法进行，求解叶盘在受力下的变形程度，评估其是否满足刚度要求。
航空发动机结构强度分析与优化设计
航空发动机结构强度分析与优化设计航空发动机是航空运输中最重要的动力装置之一，发动机的结构强度是其可靠性和性能的重要保障。
因此，航空发动机结构强度分析和优化设计是现代航空工业中的热门问题。
一、航空发动机的结构与强度分析航空发动机的结构包括燃气轮机、涡轮增压器、销轴及支撑结构等。
这些结构部件在航空运输中承受着巨大的力和压力，容易产生损伤和疲劳。
因此，为确保航空发动机的安全性和长期使用，必须对其结构进行强度分析。
航空发动机的强度分析主要包括材料力学分析和结构有限元分析两个方面。
材料力学分析是通过应力-应变关系、疲劳寿命、断裂韧度等参数来描述材料的力学性能，从而确定结构安全的材料选择和设计理念。
而结构有限元分析则是通过计算机数值方法对结构进行分析，得到结构的应力分布和变形情况，发现结构中的弱点，进行结构的优化设计。
二、航空发动机结构强度优化设计航空发动机结构强度的优化设计是在满足性能指标的基础上，通过改进结构形式、减少重量等手段，提高结构的强度和减少结构的重量。
其主要任务是提高航空发动机的性能、减少成本、延长使用寿命，以及提高其可靠性。
（一）结构形式优化结构形式优化是指通过改变整个结构的形式、大小和布局，以达到最佳设计目标的设计方法。
例如：对内部钢壳和球形部位的的结构以及叶片和桨叶的设计等进行优化。
这样的优化方法可以改变发动机的总体布局，使得发动机的总体性能更加优越，结构强度更强。
（二）减少结构材料将合适的工程材料选用在正确的位置，能够使结构最大限度地发挥其强度，而不会过度使用曾经高成本的材料。
例如，使用更轻量化的材料，如复合材料或轻合金等，以减少结构中的重量以及最大限度地发挥其强度。
（三）降低外部能减轻负荷在设计航空发动机时，需要考虑在飞行期间不同条件下对其可能产生的负荷。
通过在空气动力设计中的应用，减少机身周围的风阻可以降低外部负荷，这样可以减少该问题对结构的影响。
通过以上这些优化技巧，就可以制造出更轻而强度更大的航空发动机，从而满足空中运输的需求，优化设计可以大大提高其性能及使用寿命，减少解体和故障的风险，使航空运输更加安全。
基于Workbench_的航空发动机双辐板涡轮盘强度分析及结构优化
Dynamical Systems and Control 动力系统与控制, 2023, 12(3), 165-172 Published Online July 2023 in Hans. https:///journal/dsc https:///10.12677/dsc.2023.123018基于Workbench 的航空发动机双辐板涡轮盘 强度分析及结构优化屈帅镔1*，胡宋健1,2，郝方周1，陈 航1，陈嘉骏1，宋 超31南昌航空大学飞行器工程学院，江西 南昌2南方科技大学力学与航空航天工程系，广东 深圳 3南昌航空大学通航(民航)学院，江西 南昌收稿日期：2023年6月20日；录用日期：2023年7月11日；发布日期：2023年7月21日摘 要应用workbench 商业有限元分析软件对双辐板涡轮盘和传统涡轮盘进行了强度分析，结果表明：双辐板涡轮盘在质量方面具有优势，但在强度方面略逊于传统涡轮盘，接下来采用参数化直接优化的方法对双辐板涡轮盘进行结构优化，结果表明该优化方法使得双辐板涡轮盘在重量和强度方面均得到提升。
关键词双辐板涡轮盘，航空发动机，参数化结构优化，强度分析Workbench Based Strength Analysis and Structural Optimization of Twin Spoke Turbine Disks in Aircraft EnginesShuaibin Qu 1*, Songjian Hu 1,2, Fangzhou Hao 1, Hang Chen 1, Jiajun Chen 1, Chao Song 31School of Aircraft Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang Jiangxi2Department of Mechanics and Aerospace Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen Guangdong 3General Aviation (Civil Aviation) College, Nanchang Hangkong University, Nanchang JiangxiReceived: Jun. 20th , 2023; accepted: Jul. 11th , 2023; published: Jul. 21st , 2023*通讯作者。
某航空发动机涡轮盘和叶片的强度分析与寿命计算
西北工业人学硕士学位论文第三章（２）采用大枞树形榫头榫槽；（３）涡轮盘的前后端面还有轴向凸边，凸边外缘车有封严蓖齿，在涡轮盘的前面有加装平衡块的径向凸缘，凸缘上钻有小孔。
３．３．２涡轮盘的有限元计算模型１．实体模型的建立为了减少计算时间，提高效率，切去封严蓖齿及凸缘上的小孔。
涡轮盘在结构上呈现旋转周期性（捌，即绕其转轴转动口＝２ｎ，／Ｎ（Ｎ为叶片数）角度后，结构的几何形状和转动前完全一样。
取５．２９。
的扇形对称体进行三维有限元计算，这样在该扇区沿周向拷贝６８份之后，恰好为整个涡轮盘。
涡轮盘的计算模型在ＵＧ中建立，整体轮盘模型如图３．１所示；取其１／６８扇形区域如图３．２所示。
计算坐标系采用柱坐标系，其中ｘ轴表示涡轮盘的径向，Ｙ轴表示周向，ｚ轴表示轴向，坐标原点位于轮盘形心。
图３．１整体涡轮盘模型图３．２１／６８扇形区模型２．有限元网格的划分由于涡轮盘的形状不规则，因而使得对模型进行的有限元划分变得十分困难。
在圆角过渡等区域经常出现包含奇异角的单元，在计算过程中会在造成刚度矩阵奇异．使计算失败，这就需要手工划分来避免奇异单元的产生。
而且，在划分时，容易产生应力集中的区域采用较密的网格，同时为了减少单元的数量，需要进行疏密过渡。
在模型划分好后，仔细检查模型是否有缺陷存在，若塑！！三些查兰堡主兰堡堕塞堑三童模型中包含了不为人知的单元空洞、重合节点等缺陷，会造成计算结果不准确，严重的还会使计算根本偏离了预期方向，甚至使计算进行不下去。
对于涡轮盘的有限元网格均采用六面体八节点单元。
考虑到轮盘比较复杂，为了能够划分六面体单元，对涡轮盘的实体几何模型进行了分割，其中涡轮盘轮缘以Ｅ榫槽部分分割为１８个体，划分为５４６个单元，１１４３个节点，如图３．３所示；轮缘以下部分分割为２０个体，划分了１０７０个单元，１６０３个节点，如图３．４所示。
（ａ）儿何模型（ｂ）有限元模型幽３．３涡轮盘榫槽部分有限元模型（ａ）儿何模型（ｂ）有限元模型图３．４涡轮柱扇区有限元模型３．４涡轮盘的材料参数该型发动机涡轮盘采用ＧＨ４１６９合金材料，它是以体心四方的广和面心立方的／相沉淀强化的镍基高温合金，在一２５３～７００。