[发明专利]一种螺栓连接鼓筒转子结构的响应特性分析方法

说明书

本发明属于螺栓连接转子动力技术领域，尤其涉及一种螺栓连接鼓筒转子结构的响应特性分析方法。螺栓连接鼓筒转子结构的响应特性分析方法包括以下步骤首先求解螺栓连接的时变刚度；其次将其引入到鼓筒结构的减缩模型；最后求解系统响应特性，并分析不同螺栓个数、螺栓松动以及转速对螺栓连接结构的时变刚度与系统响应特性的影响。该方法具有较高的计算精度，用于结构响应特性的分析，提高了计算效率。所建立的模型可用于研究螺栓连接旋转鼓筒结构的故障分析，比如螺栓个数对时变刚度影响、螺栓的松动对时变刚度影响和系统转速对时变刚度影响等。

技术领域

本发明属于螺栓连接转子动力技术领域，尤其涉及一种螺栓连接鼓筒转子结构的响应特性分析方法。

背景技术

螺栓连接的盘鼓式转子结构广泛应用于大型航空发动机，其结构可靠性直接影响了航空发动机转轴的转动特性与稳定性。并且由于连接结构的存在，转子系统的动力学特性变得越来越复杂，螺栓的松动会导致结构的响应特性发生较大变化。

文献【Zhai X,Zhai Q G,Wang J J,et al.Research on parameterizedmodeling technology for the bolted joints structure[J].Applied Mechanics andMaterials.2014,565:211-216.】分别采用完全耦合建模方法与弹簧参数化建模方法模拟螺栓连接，并通过与实验模态结构对比，指出参数化建模方法在保证建模精度的同时，提高了求解效率。目前，国内外学者们针对转子系统中螺栓连接结构的研究依然很少，并且多数学者局限于对其固有特性的分析，对结构的连接非线性以及响应特性的研究较少，且并未考虑转速效应对其影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种螺栓连接鼓筒转子结构的响应特性分析方法，以提高计算效率，节省更多的时间和计算机资源。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种螺栓连接鼓筒转子结构的响应特性分析方法，其包括以下步骤：

首先求解螺栓连接的时变刚度；

其次将其引入到鼓筒结构的减缩模型；

最后求解系统响应特性，并分析不同螺栓个数、螺栓松动以及转速对螺栓连接结构的时变刚度与系统响应特性的影响。

优选的，求解螺栓连接刚度值包括以下步骤：

在ANSYS软件中采用弹簧单元Matrix27模拟鼓筒转子结构中的螺栓连接部分，首先求解6个方向的静刚度值，通过力除以变形得到系统的6个方向的静刚度k_x、k_y、k_z、k_θx、k_θy、k_θz；

为确定弹簧刚度，弹簧单元所需要的6个方向的刚度是螺栓连接结构结合面的界面特性，选取螺栓连接的中间盘鼓结构进行静力学分析，盘鼓与螺栓均采用Solid185单元建模，采用接触单元Conta174与目标单元Targe170建立界面接触，将盘鼓结构一端全约束，另一端施加轴向拉压力F_a，剪切力F_t，弯矩M，扭矩T，进而通过公式k＝F/ΔS，求得螺栓连接刚度K_t；

其中，k_x代表x方向的剪切刚度，大小等于x方向剪力除以横向位移；

k_y代表y方向的剪切刚度，大小等于y方向剪力除以横向位移；

k_z代表z方向的轴向刚度，大小等于z方向拉力除以轴向位移；