[發(fā)明專利]基于動力吸振的共用支承結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202310081344.9
• 申請日: 2023-02-02
• 公開（公告）號: CN115982891A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉準(zhǔn);廖明夫;李維;宋明波;鄧旺群
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 西安匠星互智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61291
• 代理人: 華金

1.一種基于動力吸振的共用支承結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，具體過程如下：

步驟1，確定共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的待優(yōu)化模態(tài)及待優(yōu)化節(jié)點(diǎn)：

確定共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非調(diào)整參數(shù)；

所述共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非調(diào)整參數(shù)包括動力渦輪轉(zhuǎn)子的幾何尺寸和材料參數(shù)、動力渦輪轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)的剛度、燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子尺寸和材料參數(shù)以及共用支承結(jié)構(gòu)過渡段尺寸和材料參數(shù)；所述各參數(shù)根據(jù)發(fā)動機(jī)氣動設(shè)計(jì)和空間尺寸技術(shù)指標(biāo)獲得；

將確定的共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非調(diào)整參數(shù)、燃?xì)獍l(fā)生器前支點(diǎn)的支承剛度、燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)的支承剛度、共用支承結(jié)構(gòu)外支承的支承剛度，以及所述盤結(jié)構(gòu)的初始不平衡量分別代入一維有限元方法中，計(jì)算共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的各階模態(tài)分別對應(yīng)的各結(jié)構(gòu)件的應(yīng)變能占比，以及在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)動力渦輪轉(zhuǎn)子關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的不平衡響應(yīng)幅值；

步驟2，確定燃?xì)獍l(fā)生器前支點(diǎn)剛度：

所述燃?xì)獍l(fā)生器前支點(diǎn)剛度為燃?xì)獍l(fā)生器前支點(diǎn)彈支在物理上所能達(dá)到的最低可用剛度；

作為前支點(diǎn)的鼠籠彈支的剛度影響因素包括鼠籠彈支材質(zhì)、籠條長度、籠條數(shù)目、籠條寬度、籠條截面和籠條根部倒圓尺寸；

步驟3，確定燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度取值范圍：

所述燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)的剛度取值范圍上限為燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)處軸承型號剛度；

步驟4，確定共用支承結(jié)構(gòu)外支承剛度取值范圍：

所述共用支承結(jié)構(gòu)外支承剛度的剛度取值上限為共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的解耦剛度；該解耦剛度應(yīng)為燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度取值上限的10倍；共用支承結(jié)構(gòu)外支承剛度取值范圍的下限應(yīng)為共用支承結(jié)構(gòu)在物理上所能達(dá)到的最低可用剛度，其選取方法與步驟2中燃?xì)獍l(fā)生器前支點(diǎn)剛度的確定方法相同；所述共用支承結(jié)構(gòu)外支承剛度大于等于5×10⁶N/m；

步驟5，計(jì)算共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同剛度組合下的不平衡響應(yīng)：

所述的不同剛度組合是燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度與共用支承結(jié)構(gòu)外支承剛度的組合；所述燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度取值時(shí)，自步驟3確定的該燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度取值的下限5×10⁵N/m起始，以1×10⁶N/m的步長逐個(gè)遞增，直至得到該燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度的下限值至上限值之間的所有剛度值，并使得到的所述所有剛度值之間的間隔為1×10⁶N/m；

將得到的燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度的下限值至上限值之間的所有剛度值，與共用支承結(jié)構(gòu)外支承剛度的下限值至上限值之間的所有剛度值兩兩組合，得到所有待求解的剛度組合；

將得到的所有待求解的剛度組合、步驟2得到所述燃?xì)獍l(fā)生器前支點(diǎn)剛度和步驟1中得到的所有共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非調(diào)整參數(shù)，分別代入所述一維有限元方法中，得到所述的共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在待優(yōu)化模態(tài)下待優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的不平衡響應(yīng)；該不平衡響應(yīng)即為所述共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同剛度組合下的不平衡響應(yīng)；

步驟6，建立共用支承結(jié)構(gòu)剛度組合優(yōu)化參考圖

所述共用支承結(jié)構(gòu)剛度組合優(yōu)化參考圖包括三個(gè)維度，自變量分布為曲面；其具體建立過程如下：

I.建立空間直角坐標(biāo)系

所述空間直角坐標(biāo)系包括x軸、y軸和z軸三個(gè)維度；其中：所述x軸為燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度K₄，單位為N/m；所述y軸為共用支承結(jié)構(gòu)外支承剛度K_g，單位為N/m；所述z軸為共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的待優(yōu)化模態(tài)及待優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的不平衡響應(yīng)；

II.繪制轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)曲面：

通過所述一維有限元方法計(jì)算步驟5中得到的每個(gè)待求解的剛度組合下，共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在待優(yōu)化模態(tài)下及待優(yōu)化節(jié)點(diǎn)在5g·cm不平衡量激勵下的不平衡響應(yīng)根據(jù)所述不平衡響應(yīng)對應(yīng)的x，y軸坐標(biāo)，將該不平衡響應(yīng)繪制在所述的坐標(biāo)系內(nèi)；

構(gòu)造網(wǎng)格曲線，增強(qiáng)不平衡響應(yīng)曲面的可讀性；

III.繪制剛度最優(yōu)取值線

選取每條與x軸平行的網(wǎng)格曲線的z軸數(shù)值最低的點(diǎn)；連接選取的各數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度最優(yōu)取值線；該燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度最優(yōu)取值線即剛度K₄的最優(yōu)取值線；

選取每條與y軸平行平行的網(wǎng)格曲線的z軸數(shù)值最低的點(diǎn)；連接選取各數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到共用支承結(jié)構(gòu)剛度最優(yōu)取值線；該共用支承結(jié)構(gòu)剛度最優(yōu)取值線即剛度K_g的最優(yōu)取值線；

采用曲線凹點(diǎn)定義方法，選取位于每條與y軸平行的網(wǎng)格線上、并且z坐標(biāo)比兩邊點(diǎn)z坐標(biāo)低的點(diǎn)作為曲線的凹點(diǎn)；連接所述曲線的凹點(diǎn)，得到共用支承結(jié)構(gòu)剛度次優(yōu)取值線；

步驟7，確定剛度：

所述剛度分為最優(yōu)剛度和次優(yōu)剛度；

根據(jù)確定的燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度最優(yōu)取值線與共用支承結(jié)構(gòu)剛度最優(yōu)取值線之間的交點(diǎn)確定最優(yōu)剛度，或根據(jù)所述燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度最優(yōu)取值線與共用支承結(jié)構(gòu)剛度次優(yōu)取值線之間的交點(diǎn)確定次優(yōu)剛度；

當(dāng)燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)和共用支承結(jié)構(gòu)鼠籠鼓筒在結(jié)構(gòu)上不存在約束條件，能夠自由設(shè)計(jì)時(shí)：

選取所述燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度最優(yōu)取值線曲線與共用支承結(jié)構(gòu)鼠籠鼓筒剛度最優(yōu)取值線曲線的交點(diǎn)，以該交點(diǎn)作為共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度和共用支承結(jié)構(gòu)外支承剛度的最優(yōu)組合；所述燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度、共用支承結(jié)構(gòu)外支承剛度和所述燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)剛度，即為共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)優(yōu)化后的各支點(diǎn)的最優(yōu)剛度；當(dāng)轉(zhuǎn)子燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度、共用支承結(jié)構(gòu)外支承剛度和燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)剛度均采取該支點(diǎn)的最優(yōu)剛度時(shí)，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子達(dá)到最大的動力吸振效率；

當(dāng)因發(fā)動機(jī)供油管路和附件傳動結(jié)構(gòu)等與共用支承結(jié)構(gòu)鼠籠鼓筒結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉，導(dǎo)致所述燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度最優(yōu)取值線和共用支承結(jié)構(gòu)鼠籠鼓筒剛度最優(yōu)取值線曲線17的交點(diǎn)處的支承剛度組合在工程上不可實(shí)現(xiàn)時(shí)：

當(dāng)所述燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度最優(yōu)取值線曲線與共用支承結(jié)構(gòu)鼠籠鼓筒剛度最優(yōu)取值線曲線的交點(diǎn)在工程上不可實(shí)現(xiàn)時(shí)，則以燃?xì)獍l(fā)生器后支點(diǎn)剛度最優(yōu)取值線與共用支承結(jié)構(gòu)鼠籠鼓筒剛度次優(yōu)取值線的交點(diǎn)作為共用支承結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的次優(yōu)剛度組合；當(dāng)轉(zhuǎn)子采用上述剛度時(shí)，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子達(dá)到次優(yōu)的動力吸振效率；

至此，完成基于動力吸振的共用支承結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。