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涡轴发动机转子连接螺栓的强度与蠕变寿命研究

作　者: 李玲
导　师: 宋迎东
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 涡轴发动机转子连接螺栓预紧力强度蠕变
分类号: V231.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在小型涡轴、涡桨发动机中,各级转子之间多采用圆弧端齿及施加预紧力的螺栓(也称中心拉杆)连接。本文对端齿连接转子结构的部件端面力计算及转子连接螺栓的强度和蠕变问题进行了研究。应用有限元软件对涡轴发动机转子结构的二维轴对称模型进行了分析计算,通过节点位移耦合模拟中心连接螺栓和转子构件的装配差,采用应力积分法,对三种初始预紧力下,转子连接结构在起动状态、正常工作及应急情况下的中心连接螺栓轴向力及各转子的端面力进行了计算。并根据计算结果及转子连接轴向预紧力的确定准则,给出了预紧力取值范围。采用工程简化计算方法对该发动机转子连接螺栓的抗拉强度进行初步校核,并对螺纹根部的剪应力、弯曲正应力、挤压正应力进行了计算。研究了螺栓的蠕变应变及蠕变寿命问题。选择工程上常用Norton蠕变模型,分析计算了连接螺栓在不同应力水平、不同温度、不同工作时间的蠕变应变。采用蠕变应变寿命法和蠕变持久寿命法对连接螺栓最高工作温度为300℃时的蠕变寿命进行了估算,并且分析了连接螺栓因蠕变应变引起轴向变形对预紧力大小的影响。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究背景  10
  1.2 转子连接螺栓国内外研究概况  10-15
    1.2.1 转子连接螺栓预紧力的研究概况  10-12
    1.2.2 连接螺栓强度研究概况  12-14
    1.2.3 连接螺栓蠕变寿命研究概况  14-15
  1.3 本文主要研究内容  15-16
第二章涡轴发动机转子连接螺栓的预紧力计算  16-34
  2.1 引言  16-17
  2.2 转子上的载荷类型  17-19
    2.2.1 外力  17-18
    2.2.2 内力  18-19
  2.3 端齿连接转子轴向预紧力的确定准则及方法  19-23
    2.3.1 转子连接结构轴向预紧力确定准则  19-20
    2.3.2 转子连接结构预紧力确定方法  20-23
  2.4 涡轴转子连接结构的轴向力计算  23-33
    2.4.1 建立转子结构二维轴对称有限元模型  24-25
    2.4.2 转子连接结构预紧力的施加  25-27
    2.4.3 起动状态转子部件的轴向力计算  27-29
    2.4.4 正常工作转子部件的轴向力计算  29-31
    2.4.5 应急状态转子部件的轴向力计算  31-33
  2.5 转子连接结构轴向预紧力确定  33
  2.6 小结  33-34
第三章转子连接螺栓的强度分析  34-41
  3.1 螺栓连接强度计算理论  34-36
    3.1.1 螺栓连接的抗拉强度  34-35
    3.1.2 螺栓的剪切强度分析  35
    3.1.3 螺栓连接的挤压强度分析  35-36
    3.1.4 螺栓同时承受拉、受剪的连接强度  36
  3.2 螺纹的强度计算  36-38
    3.2.1 螺纹强度工程计算公式  37-38
  3.3 转子连接螺栓强度计算  38-40
    3.3.1 起动状态连接螺栓的抗拉强度  39
    3.3.2 工作状态连接螺栓的抗拉强度  39
    3.3.3 应急状态连接螺栓的抗拉强度  39-40
  3.4 转子连接结构连接螺栓螺纹部分强度计算  40
  3.5 小结  40-41
第四章转子连接螺栓的蠕变及蠕变寿命分析  41-56
  4.1 蠕变分析的基本理论  41-43
  4.2 有限元求解蠕变产生的应力和应变  43-45
  4.3 连接螺栓的蠕变应变分析  45-50
    4.3.1 连接螺栓螺纹连接的有限元模型  45-46
    4.3.2 连接螺栓的蠕变应变的算例分析  46-48
    4.3.3 连接螺栓的蠕变应变分析  48-50
  4.4 转子连接螺栓的蠕变寿命估算  50-55
    4.4.1 工程上常用的蠕变寿命预测方法  51-52
    4.4.2 转子连接连接螺栓蠕变寿命预测  52-55
  4.5 蠕变应变对转子连接预紧力影响  55
  4.6 小结  55-56
第五章全文总结  56-57
  5.1 本文的主要工作与结论  56
  5.2 对今后研究工作的建议  56-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
在学期间的研究成果及发表的学术论文  61

涡轴发动机转子连接螺栓的强度与蠕变寿命研究

内容摘要

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