CN117744453A - 一种发动机整机振动限制值的计算方法 - Google Patents
一种发动机整机振动限制值的计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117744453A CN117744453A CN202410190208.8A CN202410190208A CN117744453A CN 117744453 A CN117744453 A CN 117744453A CN 202410190208 A CN202410190208 A CN 202410190208A CN 117744453 A CN117744453 A CN 117744453A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- calculating
- value
- stress amplitude
- maximum
- bearing seat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 12
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 206010017472 Fumbling Diseases 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
本发明涉及发动机整机试验及有限元仿真技术领域，提供了一种发动机整机振动限制值的计算方法，包括：基于有限元仿真方法获取轴承座上的最大交变应力幅值仿真值和最大交变应力幅值位置；进行发动机整机动应力测量试验，依据最大交变应力幅值仿真值计算轴承座工作时最大交变应力幅值位置所承受转子给予的交变载荷，采集发动机机匣的整机振动最大幅值；计算振动由转子传递至发动机机匣的衰减系数；基于有限元仿真方法和轴承座材料性能数据计算轴承座可承受的最大交变载荷；依据衰减系数和最大交变载荷，计算整机振动限制值。上述方法结合了有限元仿真、发动机整机动应力测量试验可以真实准确、可靠的得到整机振动限制值。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机领域，涉及发动机整机试验及有限元仿真技术，具体涉及一种发动机整机振动限制值的计算方法。
背景技术
航空发动机进行整机试验时整机振动问题复杂且具有多样性，需要依靠监测整机振动情况来确定航空发动机是否发生异常，因此整机振动限制值确定就尤为重要。目前航空发动机振动限制值还未形成一套完整、通用的确定方法，我国现阶段航空发动机整机振动限制值主要是依据经验和借鉴相似发动机进行确定，然后通过后期不断试验摸索、改善并更新得到整机振动限制值，上述方法比较复杂，且因人为主观因素导致整机振动限制值的精度低和可靠性低。
发明内容
为了解决依据经验和借鉴相似发动机确定发动机整机振动限制值，进而导致的整机振动限制值确定难度大、精度低、可靠性低的问题，本发明设计了一种发动机整机振动限制值的计算方法，该计算方法通过结合有限元仿真技术、动应力测量和整机试验机匣振动幅值，对轴承座分析以实现获取真实准确和可靠性高的整机振动限制值。
实现发明目的的技术方案如下：一种发动机整机振动限制值的计算方法，包括：
S1、基于有限元仿真方法，获取轴承座上的最大交变应力幅值仿真值和最大交变应力幅值位置；
S2、进行发动机整机动应力测量试验，依据最大交变应力幅值仿真值计算轴承座工作时所述最大交变应力幅值位置所承受转子给予的交变载荷，采集发动机机匣的整机振动最大幅值；
S3、计算整机振动最大幅值与交变载荷的比值，得到振动由转子传递至发动机机匣的衰减系数；
S4、基于有限元仿真方法获取轴承座上的稳态应力幅值，根据所述稳态应力幅值和轴承座材料性能数据计算轴承座可承受的最大交变载荷；
S5、依据衰减系数和最大交变载荷，计算整机振动限制值。
进一步地，上述步骤S1中，所述基于有限元仿真方法，获取轴承座上的最大交变应力幅值仿真值和最大交变应力幅值位置，包括：
S11、轴承座工作时，假设轴承座承受转子给予的给定交变载荷；
S12、在给定交变载荷条件下，采用有限元仿真方法获取轴承座上的最大交变应力幅值仿真值和最大交变应力幅值位置；
S13、计算所述给定交变载荷与所述最大交变应力幅值仿真值的比例值。
更进一步地，上述步骤S11中，给定交变载荷为25g。
进一步地，上述步骤S2中，所述进行发动机整机动应力测量试验，依据最大交变应力幅值仿真值计算轴承座工作时所述最大交变应力幅值位置所承受转子给予的交变载荷，包括：
S21、进行发动机整机动应力测量试验，采集所述最大交变应力幅值位置对应的交变应力幅值实测值；
S22、计算所述比例值与交变应力幅值实测值的乘积作为所述交变载荷。
更进一步地，上述步骤S21中，所述进行发动机整机动应力测量试验，采集所述最大交变应力幅值位置对应的交变应力幅值实测值，包括：
S211、在轴承座上所述最大交变应力幅值位置粘贴应变片；
S212、进行发动机整机动应力测量试验，采集应变片应变幅值；
S213、计算应变片应变幅值与材料弹性模量的乘积作为所述最大交变应力幅值位置对应的交变应力幅值实测值。
进一步地，上述步骤S4中，所述基于有限元仿真方法获取轴承座上的稳态应力幅值，根据所述稳态应力幅值和轴承座材料性能数据计算轴承座可承受的最大交变载荷，包括：
S41、基于有限元仿真方法，获取轴承座在恒定转速和温度载荷作用下的应力幅值，作为稳态应力幅值；
S42、依据轴承座的材料性能数据和稳态应力幅值，采用疲劳强度计算方法计算轴承座可承受的最大交变应力；
S43、计算最大交变应力与所述比例值的乘积得到轴承座可承受的最大交变载荷。
进一步地，上述步骤S5中，所述依据衰减系数和最大交变载荷，计算整机振动限制值的公式为：整机振动限制值=最大交变载荷*衰减系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的发动机整机振动限制值的计算方法，在确定航空发动机整机振动限制值时，结合了有限元仿真技术、动应力测量试验、整机试验机匣振动试验，能够获得真实准确、可靠的整机振动限制值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明具体实施方式中公开的发动机整机振动限制值的计算方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
经研究发现，航空发动机承力系统的结构复杂，其轴承座作为承力系统中重要结构，且轴承座是将转子振动外传到机匣的关键部件，是航空发动机中最靠近转子的部件，也是最能够反应转子振动情况的部件，通过对轴承座分析来获得整机振动限制值是最真实最可靠的。
因此，本发明公开了一种发动机整机振动限制值的计算方法，该方法是以某型发动机轴承座为研究对象，对其在交变载荷下的动强度进行分析，并结合轴承座动应变测量及发动机整机试验机匣振动幅值，从而确定整机振动的限制值。
在本发明的一个实例中，参见图1所示，发动机整机振动限制值的计算方法，包括以下步骤：
S1、基于有限元仿真方法，获取轴承座上的最大交变应力幅值仿真值和最大交变应力幅值位置。
轴承座上的最大交变应力幅值仿真值和最大交变应力幅值位置，可以通过以下几个步骤得到：
S11、轴承座工作时，假设轴承座承受转子给予的给定交变载荷，例如可以定义给定交变载荷为25g。
S12、在25g给定交变载荷条件下，采用有限元仿真方法获取轴承座上的最大交变应力幅值仿真值和最大交变应力幅值位置；
S13、计算25g的给定交变载荷与最大交变应力幅值仿真值的比例值。
S2、进行发动机整机动应力测量试验，依据最大交变应力幅值仿真值计算轴承座工作时所述最大交变应力幅值位置所承受转子给予的交变载荷，采集发动机机匣的整机振动最大幅值。
在一个可选的实施例中，轴承座工作时所述最大交变应力幅值位置承受转子给予的交变载荷，可以通过以下步骤获得：
S21、进行发动机整机动应力测量试验，采集所述最大交变应力幅值位置对应的交变应力幅值实测值；
S22、计算所述比例值与交变应力幅值实测值的乘积作为所述交变载荷。
可选地，上述步骤S21中，所述进行发动机整机动应力测量试验，采集所述最大交变应力幅值位置对应的交变应力幅值实测值，包括：
S211、在轴承座上所述最大交变应力幅值位置粘贴应变片；
S212、进行发动机整机动应力测量试验，采集应变片应变幅值；
S213、计算应变片应变幅值与材料弹性模量的乘积作为所述最大交变应力幅值位置对应的交变应力幅值实测值。
通过步骤S1中在有限元仿真结果的基础上，可以得到轴承座上最大等效应力也就是最大交变应力所在的位置，在整机试验试验时可以在该位置设置应变片也即通过步骤S211~S213得到最大交变应力所在的位置承受的交变应力幅值实测值。
其中，整机振动最大幅值可以通过通用的方法获取，例如通过在机匣处安装加速度传感器，测得航空发动机在工作中的整机振动最大幅值。
S3、计算整机振动最大幅值与交变载荷的比值，得到振动由转子传递至发动机机匣的衰减系数。
S4、基于有限元仿真方法获取轴承座上的稳态应力幅值，根据所述稳态应力幅值和轴承座材料性能数据计算轴承座可承受的最大交变载荷。
可选地，最大交变载荷的计算方式包括：
S41、基于有限元仿真方法，获取轴承座在恒定转速和温度载荷作用下的应力幅值，作为稳态应力幅值；
S42、依据轴承座的材料性能数据和稳态应力幅值，采用疲劳强度计算方法计算轴承座可承受的最大交变应力，其中，轴承座的材料性能数据包括材料交变应力疲劳极限和材料拉伸强度极限；
更具体的，最大交变应力的计算公式为高周疲劳疲劳强度储备=材料交变应力疲劳极限×（1-稳态应力幅值/材料拉伸强度极限）/最大交变应力计算得到，其中，高周疲劳强度储备，根据设计要求进行取值，一般取1.7。
S43、计算最大交变应力与所述比例值的乘积得到轴承座可承受的最大交变载荷。
S5、依据衰减系数和最大交变载荷，计算整机振动限制值。
具体的，所述依据衰减系数和最大交变载荷，计算整机振动限制值的公式为：整机振动限制值=最大交变载荷*衰减系数。
本发明提供的发动机整机振动限制值的计算方法，结合有限元仿真、动应力测量与整机试验机匣振动幅值，获取转子振动外传衰减系数，进而确定航空发动机整机振动限制值，同型发动机机匣振动限制值设定可参考此方法。本发明所有数据均来源有限元计算与实际所测数据，计算机理清晰。目前本发明的方法已成功应用于某型发动机整机振动限制值确定，试验证明该设计方法是可行的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种发动机整机振动限制值的计算方法，其特征在于，包括：
S1、基于有限元仿真方法，获取轴承座上的最大交变应力幅值仿真值和最大交变应力幅值位置；
S2、进行发动机整机动应力测量试验，依据最大交变应力幅值仿真值计算轴承座工作时所述最大交变应力幅值位置所承受转子给予的交变载荷，采集发动机机匣的整机振动最大幅值；
S3、计算整机振动最大幅值与交变载荷的比值，得到振动由转子传递至发动机机匣的衰减系数；
S4、基于有限元仿真方法获取轴承座上的稳态应力幅值，根据所述稳态应力幅值和轴承座材料性能数据计算轴承座可承受的最大交变载荷；
S5、依据衰减系数和最大交变载荷，计算整机振动限制值。
2.根据权利要求1所述的发动机整机振动限制值的计算方法，其特征在于，步骤S1中，所述基于有限元仿真方法，获取轴承座上的最大交变应力幅值仿真值和最大交变应力幅值位置，包括：
S11、轴承座工作时，假设轴承座承受转子给予的给定交变载荷；
S12、在给定交变载荷条件下，采用有限元仿真方法获取轴承座上的最大交变应力幅值仿真值和最大交变应力幅值位置；
S13、计算所述给定交变载荷与所述最大交变应力幅值仿真值的比例值。
3.根据权利要求2所述的发动机整机振动限制值的计算方法，其特征在于，步骤S11中，给定交变载荷为25g。
4.根据权利要求2所述的发动机整机振动限制值的计算方法，其特征在于，步骤S2中，所述进行发动机整机动应力测量试验，依据最大交变应力幅值仿真值计算轴承座工作时所述最大交变应力幅值位置所承受转子给予的交变载荷，包括：
S21、进行发动机整机动应力测量试验，采集所述最大交变应力幅值位置对应的交变应力幅值实测值；
S22、计算所述比例值与交变应力幅值实测值的乘积作为所述交变载荷。
5.根据权利要求4所述的发动机整机振动限制值的计算方法，其特征在于，步骤S21中，所述进行发动机整机动应力测量试验，采集所述最大交变应力幅值位置对应的交变应力幅值实测值，包括：
S211、在轴承座上所述最大交变应力幅值位置粘贴应变片；
S212、进行发动机整机动应力测量试验，采集应变片应变幅值；
S213、计算应变片应变幅值与材料弹性模量的乘积作为所述最大交变应力幅值位置对应的交变应力幅值实测值。
6.根据权利要求2所述的发动机整机振动限制值的计算方法，其特征在于，步骤S4中，所述基于有限元仿真方法获取轴承座上的稳态应力幅值，根据所述稳态应力幅值和轴承座材料性能数据计算轴承座可承受的最大交变载荷，包括：
S41、基于有限元仿真方法，获取轴承座在恒定转速和温度载荷作用下的应力幅值，作为稳态应力幅值；
S42、依据轴承座的材料性能数据和稳态应力幅值，采用疲劳强度计算方法计算轴承座可承受的最大交变应力；
S43、计算最大交变应力与所述比例值的乘积得到轴承座可承受的最大交变载荷。
7.根据权利要求1所述的发动机整机振动限制值的计算方法，其特征在于，步骤S5中，所述依据衰减系数和最大交变载荷，计算整机振动限制值的公式为：整机振动限制值=最大交变载荷*衰减系数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410190208.8A CN117744453B (zh) | 2024-02-21 | 2024-02-21 | 一种发动机整机振动限制值的计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410190208.8A CN117744453B (zh) | 2024-02-21 | 2024-02-21 | 一种发动机整机振动限制值的计算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117744453A true CN117744453A (zh) | 2024-03-22 |
| CN117744453B CN117744453B (zh) | 2024-05-17 |
Family
ID=90261337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410190208.8A Active CN117744453B (zh) | 2024-02-21 | 2024-02-21 | 一种发动机整机振动限制值的计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117744453B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104748928A (zh) * | 2013-12-30 | 2015-07-01 | 天津航天瑞莱科技有限公司 | 一种基于电动振动台的航空发动机叶片振动疲劳试验方法 |
| CN111950169A (zh) * | 2019-05-14 | 2020-11-17 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法及装置 |
| CN112182939A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-05 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种发动机承力框架动强度评估方法 |
| CN113221261A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-08-06 | 重庆大学 | 一种航空传动系统振动限制值的制定方法 |
| US20210278312A1 (en) * | 2019-03-22 | 2021-09-09 | Xi'an Jiaotong University | Dynamic Strain Field Measuring Method and System for Rotor Blade Based on Blade Tip Timing |
| CN113642131A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-12 | 中国航发贵阳发动机设计研究所 | 一种发动机应力仿真方法 |
| CN113722943A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-11-30 | 桂林电子科技大学 | 一种针对长头卡车发动机罩的疲劳耐久性分析方法 |
| CN116050229A (zh) * | 2023-03-31 | 2023-05-02 | 湖南云箭科技有限公司 | 机载外挂物疲劳仿真中有限元模型的优化方法及系统 |
-
2024
- 2024-02-21 CN CN202410190208.8A patent/CN117744453B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104748928A (zh) * | 2013-12-30 | 2015-07-01 | 天津航天瑞莱科技有限公司 | 一种基于电动振动台的航空发动机叶片振动疲劳试验方法 |
| US20210278312A1 (en) * | 2019-03-22 | 2021-09-09 | Xi'an Jiaotong University | Dynamic Strain Field Measuring Method and System for Rotor Blade Based on Blade Tip Timing |
| CN111950169A (zh) * | 2019-05-14 | 2020-11-17 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法及装置 |
| CN112182939A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-05 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种发动机承力框架动强度评估方法 |
| CN113221261A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-08-06 | 重庆大学 | 一种航空传动系统振动限制值的制定方法 |
| CN113722943A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-11-30 | 桂林电子科技大学 | 一种针对长头卡车发动机罩的疲劳耐久性分析方法 |
| CN113642131A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-12 | 中国航发贵阳发动机设计研究所 | 一种发动机应力仿真方法 |
| CN116050229A (zh) * | 2023-03-31 | 2023-05-02 | 湖南云箭科技有限公司 | 机载外挂物疲劳仿真中有限元模型的优化方法及系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| QINGGUI CHEN: "Dynamic stress test of Aero-engine compressor rotor blade", 《ICMTAE-2023》, 31 December 2023 (2023-12-31), pages 1 - 7 * |
| 王斌等: "压气机动应力测试的叶-盘耦合分析方法", 《科学技术与工程》, vol. 22, no. 27, 28 September 2022 (2022-09-28), pages 12217 - 12222 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117744453B (zh) | 2024-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11860066B2 (en) | Dynamic strain field measuring method and system for rotor blade based on blade tip timing | |
| US12007309B2 (en) | Non-contact dynamic strain field measuring method and system for rotating blade | |
| JP4346291B2 (ja) | タービンエンジンの診断のための方法及びシステム | |
| CN111950169B (zh) | 航空发动机转子叶片叶尖振动限制的确定方法及装置 | |
| JP2015530599A (ja) | 非接触測定を用いたタービンブレード疲労寿命分析および動的応答再構築技術 | |
| CN109883380A (zh) | 一种基于叶端定时的转子叶片位移场测量方法及其系统 | |
| US11555757B2 (en) | Monitoring device, monitoring method, method of creating shaft vibration determination model, and program | |
| CN114354112B (zh) | 一种叶片多阶耦合振动疲劳分析方法 | |
| Liu et al. | Engine misfire diagnosis based on the torsional vibration of the flexible coupling in a diesel generator set: simulation and experiment | |
| CN109359392A (zh) | 一种使用非接触测量的涡轮叶片动应力计算方法 | |
| CN111507043A (zh) | 一种基于叶端定时的转子叶片动应力场测量方法及其系统 | |
| CN110657930B (zh) | 一种零件的振动应力测量方法以及测量系统 | |
| CN117744453B (zh) | 一种发动机整机振动限制值的计算方法 | |
| CN112464535A (zh) | 一种转子叶片动应变测量数据一致性评估方法 | |
| Shravankumar et al. | Detection of a fatigue crack in a rotor system using full-spectrum based estimation | |
| CN109724687B (zh) | 一种测量结构弯扭组合振动中弯曲波、扭转波分离的方法 | |
| Liu et al. | Fault signal simulation and service condition monitoring of cracked gear system | |
| Maturkanič et al. | Construction of the signal profile for use in blade tip-timing analysis | |
| CN110296837B (zh) | 一种基于轴瓦变形的滑动轴承载荷测量方法 | |
| JP2023021514A (ja) | 装置診断システムおよび装置診断方法 | |
| Großhauser | Experimental and numerical analysis of the modal behavior of squirrel cage rotors | |
| Yuan et al. | Rotor Torsional Response: A Critical Parameter to Measure and Monitor for Rotating Machinery | |
| CN116558793A (zh) | 一种基于应变测试技术的旋转机械摩擦故障检测方法 | |
| KR100444450B1 (ko) | 엔진의 터보 챠저 소음 제어 시험 방법 | |
| CN117309388A (zh) | 旋转机械故障源识别方法、装置、电子设备和存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |