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考虑非均匀预紧的螺栓法兰连接双圆柱壳半解析动力学建模与分析
1
作者
田亚雄
孙伟
+1 位作者
杜东旭
刘宏浩
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第1期68-79,共12页
为了研究螺栓连接结构的非均匀预紧对结构振动特性的影响,本文提出了一种螺栓法兰连接双圆柱壳结构的半解析动力学建模方法。首先,考虑非均匀预紧,研究了带法兰的螺栓连接双圆柱壳结构的半解析建模方法,并在建模中考虑了法兰对结构动力...
为了研究螺栓连接结构的非均匀预紧对结构振动特性的影响,本文提出了一种螺栓法兰连接双圆柱壳结构的半解析动力学建模方法。首先,考虑非均匀预紧,研究了带法兰的螺栓连接双圆柱壳结构的半解析建模方法,并在建模中考虑了法兰对结构动力学特性的影响,提出了一种用连接弧来模拟螺栓结合部力学特性的建模方法,对双圆柱壳、法兰、边界条件以及螺栓法兰处连接条件下的能量进行分析,引入正交多项式作为位移容许函数,利用拉格朗日方程建立了螺栓法兰连接双圆柱壳结构的动力学方程;然后,通过组建的试验系统证明了所创建的半解析模型在均匀和非均匀预紧力条件下求解螺栓法兰连接双圆柱壳结构振动特性的合理性;最后,基于所创建的模型分析了非均匀预紧的螺栓位置和完全松动的螺栓数量对双圆柱壳结构的固有特性的影响。研究结果表明:螺栓非均匀预紧幅度降低会导致结构固有频率降低,交叉位置螺栓预紧力减小导致结构固有频率降低幅度更大,松动螺栓数量增加会引起结构固有频率较为均匀地小幅减小,且非均匀预紧和螺栓松动均会引起结构的振型不再沿着周向对称分布。
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关键词
螺栓法兰连接
非均匀预紧力
双圆柱壳结构
半解析建模
振动分析
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职称材料
考虑螺栓力学特性的两级机匣连接结构有限元建模及振动分析
2
作者
李浩
孙伟
+1 位作者
徐昆鹏
刘宏浩
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第2期501-513,共13页
航空发动机的各级机匣通过螺栓法兰连在一起形成完整的机匣连接结构,法兰边上的螺栓结合部力学参数对机匣结构的动力学特性产生明显的影响,只有对机匣连接结构进行动力学建模并进行合理的设计才能保证其具有优越的动力学性能。以两级机...
航空发动机的各级机匣通过螺栓法兰连在一起形成完整的机匣连接结构,法兰边上的螺栓结合部力学参数对机匣结构的动力学特性产生明显的影响,只有对机匣连接结构进行动力学建模并进行合理的设计才能保证其具有优越的动力学性能。以两级机匣连接结构模拟件为对象,在考虑螺栓力学特性的基础上,提出采用ANSYS软件对其进行有限元建模的方法。两级机匣连接结构有限元建模主要包括机匣内、外壳的模拟、静子叶片的模拟以及法兰边上螺栓结合部的模拟。分别采用实体单元、刚性耦合的梁单元、弹簧单元、虚拟材料4种方式模拟机匣法兰边上螺栓结合部并给出其引入机匣连接结构的方式。采用实例研究验证模型的合理性。首先,用机匣1有限元模型求解固有频率及模态振型,并结合试验采用反推辨识法获得模拟边界条件的弹簧单元参数;其次,用包含不同螺栓结合部模型的两级机匣连接结构有限元模型求解固有频率及模态振型,并用试验验证其合理性。从计算精度、耗时、建模复杂程度三方面对比两级机匣连接处4种螺栓结合部模拟方法的优缺点。研究结果表明:采用刚性耦合的梁单元模拟螺栓结合部的计算精度与实体单元的计算精度最相近,计算时间减少了44.5%,可在实际机匣连接结构有限元建模时优先选用。
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关键词
两级机匣
连接结构
螺栓结合部
有限元建模
振动分析
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职称材料
基于NSGA-Ⅱ的固体火箭发动机壳体不同开口比封头补强优化
3
作者
张骞
刘浩
+5 位作者
刘宏浩
牟星
吴世俊
丁文辉
张桂明
祖磊
《固体火箭技术》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第4期573-582,共10页
封头补强工艺作为壳体封头承载能力提升的典型手段,其补强工艺参数对不同开口比壳体补强后应力水平、壳体质量的影响规律不明晰。为此,构建了?300 mm壳体分析模型,并结合径向基函数(RBF)神经网络分析方法拟合优化变量与优化目标间的映...
封头补强工艺作为壳体封头承载能力提升的典型手段,其补强工艺参数对不同开口比壳体补强后应力水平、壳体质量的影响规律不明晰。为此,构建了?300 mm壳体分析模型,并结合径向基函数(RBF)神经网络分析方法拟合优化变量与优化目标间的映射关联,开展了补强角度、补强层数、补强区域对应力响应水平的影响规律研究。最后,基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)获得了最优开口比以及使壳体特性系数达到最大的最优补强参数。结果表明,优化后壳体的特性系数比未补强壳体提高16.28%,比未优化的编织布补强壳体提高6.53%。研究成果可以为不同开口比壳体补强工艺参数的选定提供理论依据。
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关键词
固体火箭发动机
复合材料壳体
不同开口比
封头
补强优化
渐进损伤
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职称材料
题名
考虑非均匀预紧的螺栓法兰连接双圆柱壳半解析动力学建模与分析
1
作者
田亚雄
孙伟
杜东旭
刘宏浩
机构
东北大学机械工程与自动化学院
东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室
出处
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第1期68-79,共12页
基金
国家自然科学基金资助项目(12272087)。
文摘
为了研究螺栓连接结构的非均匀预紧对结构振动特性的影响,本文提出了一种螺栓法兰连接双圆柱壳结构的半解析动力学建模方法。首先,考虑非均匀预紧,研究了带法兰的螺栓连接双圆柱壳结构的半解析建模方法,并在建模中考虑了法兰对结构动力学特性的影响,提出了一种用连接弧来模拟螺栓结合部力学特性的建模方法,对双圆柱壳、法兰、边界条件以及螺栓法兰处连接条件下的能量进行分析,引入正交多项式作为位移容许函数,利用拉格朗日方程建立了螺栓法兰连接双圆柱壳结构的动力学方程;然后,通过组建的试验系统证明了所创建的半解析模型在均匀和非均匀预紧力条件下求解螺栓法兰连接双圆柱壳结构振动特性的合理性;最后,基于所创建的模型分析了非均匀预紧的螺栓位置和完全松动的螺栓数量对双圆柱壳结构的固有特性的影响。研究结果表明:螺栓非均匀预紧幅度降低会导致结构固有频率降低,交叉位置螺栓预紧力减小导致结构固有频率降低幅度更大,松动螺栓数量增加会引起结构固有频率较为均匀地小幅减小,且非均匀预紧和螺栓松动均会引起结构的振型不再沿着周向对称分布。
关键词
螺栓法兰连接
非均匀预紧力
双圆柱壳结构
半解析建模
振动分析
Keywords
bolted flange connection
non-uniform preload
double cylindrical shell structure
semi-analytic modeling
vibration analysis
分类号
TH113.1 [机械工程—机械设计及理论]
V214 [航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
TB535 [理学—声学]
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职称材料
题名
考虑螺栓力学特性的两级机匣连接结构有限元建模及振动分析
2
作者
李浩
孙伟
徐昆鹏
刘宏浩
机构
东北大学机械工程与自动化学院
东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室
出处
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第2期501-513,共13页
基金
国家科技重大专项(J2022-Ⅳ-0005-0022)
文摘
航空发动机的各级机匣通过螺栓法兰连在一起形成完整的机匣连接结构,法兰边上的螺栓结合部力学参数对机匣结构的动力学特性产生明显的影响,只有对机匣连接结构进行动力学建模并进行合理的设计才能保证其具有优越的动力学性能。以两级机匣连接结构模拟件为对象,在考虑螺栓力学特性的基础上,提出采用ANSYS软件对其进行有限元建模的方法。两级机匣连接结构有限元建模主要包括机匣内、外壳的模拟、静子叶片的模拟以及法兰边上螺栓结合部的模拟。分别采用实体单元、刚性耦合的梁单元、弹簧单元、虚拟材料4种方式模拟机匣法兰边上螺栓结合部并给出其引入机匣连接结构的方式。采用实例研究验证模型的合理性。首先,用机匣1有限元模型求解固有频率及模态振型,并结合试验采用反推辨识法获得模拟边界条件的弹簧单元参数;其次,用包含不同螺栓结合部模型的两级机匣连接结构有限元模型求解固有频率及模态振型,并用试验验证其合理性。从计算精度、耗时、建模复杂程度三方面对比两级机匣连接处4种螺栓结合部模拟方法的优缺点。研究结果表明:采用刚性耦合的梁单元模拟螺栓结合部的计算精度与实体单元的计算精度最相近,计算时间减少了44.5%,可在实际机匣连接结构有限元建模时优先选用。
关键词
两级机匣
连接结构
螺栓结合部
有限元建模
振动分析
Keywords
two-stage casing
connection structure
bolted joint
finite element modeling
vibration analysis
分类号
TB123 [理学—工程力学]
V236 [航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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职称材料
题名
基于NSGA-Ⅱ的固体火箭发动机壳体不同开口比封头补强优化
3
作者
张骞
刘浩
刘宏浩
牟星
吴世俊
丁文辉
张桂明
祖磊
机构
合肥工业大学机械工程学院
西安航天动力技术研究所
出处
《固体火箭技术》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第4期573-582,共10页
基金
国家自然科学基金(12102115,52175133,52175311)
中央高校基本科研业务费专项资金资助(JZ2023HGTB0214,JZ2023HGPB0289)。
文摘
封头补强工艺作为壳体封头承载能力提升的典型手段,其补强工艺参数对不同开口比壳体补强后应力水平、壳体质量的影响规律不明晰。为此,构建了?300 mm壳体分析模型,并结合径向基函数(RBF)神经网络分析方法拟合优化变量与优化目标间的映射关联,开展了补强角度、补强层数、补强区域对应力响应水平的影响规律研究。最后,基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)获得了最优开口比以及使壳体特性系数达到最大的最优补强参数。结果表明,优化后壳体的特性系数比未补强壳体提高16.28%,比未优化的编织布补强壳体提高6.53%。研究成果可以为不同开口比壳体补强工艺参数的选定提供理论依据。
关键词
固体火箭发动机
复合材料壳体
不同开口比
封头
补强优化
渐进损伤
Keywords
solid rocket motor
composite case
different opening ratios
dome
reinforcement optimization
progressive damage
分类号
V435 [航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
TB332 [一般工业技术—材料科学与工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
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1
考虑非均匀预紧的螺栓法兰连接双圆柱壳半解析动力学建模与分析
田亚雄
孙伟
杜东旭
刘宏浩
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025
0
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下载PDF
职称材料
2
考虑螺栓力学特性的两级机匣连接结构有限元建模及振动分析
李浩
孙伟
徐昆鹏
刘宏浩
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025
0
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下载PDF
职称材料
3
基于NSGA-Ⅱ的固体火箭发动机壳体不同开口比封头补强优化
张骞
刘浩
刘宏浩
牟星
吴世俊
丁文辉
张桂明
祖磊
《固体火箭技术》
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
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