含典型故障的航空发动机整机振动分析
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作者陈果
出版社科学出版社
ISBN9787030780379
出版时间2024-06
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定价258元
货号1203300345
上书时间2024-07-04
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目录
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前言
第1章 绪论1
1.1 航空发动机整机振动研究的意义1
1.2 航空发动机整机振动故障建模与分析研究现状2
1.2.1 航空发动机整机振动建模与分析2
1.2.2 故障转子-滚动轴承系统动力学分析4
1.3 航空发动机整机振动故障建模与分析主要问题5
1.4 本书主要内容7
参考文献9
第2章 航空发动机整机振动耦合动力学模型14
2.1 航空发动机转子-支承-机匣整机耦合动力学模型14
2.1.1 转子模型15
2.1.2 机匣模型19
2.1.3 离散支承模型20
2.1.4 多自由度复杂滚动轴承模型26
2.1.5 时域数值仿真求解方法33
2.2 航空发动机整机振动分析软件EVDYNA35
2.3 本章小结36
参考文献36
第3章 几种典型的转子-支承-机匣耦合动力学模型38
3.1 转子-滚动轴承试验器整机振动模型38
3.1.1 试验器动力学建模38
3.1.2 基于模态试验的模型验证40
3.2 多螺栓连接面高压转子模拟试验器整机振动模型42
3.2.1 试验器动力学建模42
3.2.2 基于模态试验的模型验证45
3.3 含套齿联轴器的三支点转子试验器有限元模型49
3.3.1 试验器简介49
3.3.2 转子试验器的套齿联轴器刚度计算50
3.3.3 转子试验器有限元模型52
3.3.4 基于模态试验的模型验证54
3.4 带机匣的航空发动机转子试验器整机振动模型57
3.4.1 试验器简介57
3.4.2 转子-支承-机匣耦合动力学模型58
3.4.3 基于模态试验的模型验证62
3.5 某型高推重比双转子航空发动机整机振动模型65
3.5.1 发动机简介65
3.5.2 发动机整机振动有限元动力学参数66
3.5.3 某型双转子航空发动机整机建模仿真验证72
3.6 某型无人飞行器用小型发动机整机振动模型86
3.6.1 发动机简介86
3.6.2 转子-支承-机匣耦合动力学模型87
3.6.3 发动机临界转速分析92
3.7 本章小结94
参考文献95
第4章 转子不平衡(质量偏心)故障建模与分析96
4.1 转子不平衡(质量偏心)故障概述96
4.2 转子质量偏心导致的不平衡故障建模与验证97
4.2.1 转子质量偏心导致的不平衡故障建模97
4.2.2 转子质量偏心导致的不平衡故障模型试验验证99
4.2.3 转子质量偏心导致的不平衡故障现象和特征102
4.3 航空发动机转子不平衡故障敏感度分析103
4.3.1 计算条件103
4.3.2 基于不平衡位置的响应不平衡敏感度分析104
4.3.3 机匣测点的响应不平衡敏感度分析117
4.3.4 基于发动机整机振型的不平衡敏感度分析118
4.4 本章小结121
参考文献121
第5章 转子不平衡(转子不同心)故障建模与分析122
5.1 转子不平衡(转子不同心)故障概述122
5.2 转子不同心故障建模方法125
5.2.1 含初始弯曲的单盘转子系统振动机理分析125
5.2.2 具有初始弯曲的有限元转子系统运动方程127
5.3 转子-滚动轴承试验器弯曲故障特征仿真分析127
5.3.1 仿真分析研究对象127
5.3.2 仿真计算结果分析127
5.4 转子不同心测试方法130
5.4.1 测量原理130
5.4.2 基于电涡流位移传感器测量转子弯曲试验方案131
5.4.3 转子弯曲量测试系统开发构想132
5.4.4 转子弯曲量测试系统介绍134
5.4.5 转子弯曲量测试试验分析137
5.5 转子不同心故障的仿真及试验研究147
5.5.1 多螺栓连接面的高压转子模拟试验器简介147
5.5.2 转子不同心故障装配仿真分析148
5.5.3 转子不同心故障装配变形试验研究154
5.5.4 转子不同心故障振动响应仿真分析及试验验证160
5.6 某型高推重比双转子涡扇发动机高压转子不同心故障仿真分析174
5.6.1 某型高推重比双转子涡扇发动机高压转子的不同心量概述174
5.6.2 含高压转子不同心故障的航空发动机整机振动仿真计算条件174
5.6.3 不同心故障的相位对发动机整机振动响应的影响分析176
5.6.4 不同心量的大小对航空发动机整机振动响应的影响分析176
5.6.5 转子质量偏心与转子不同心对于整机振动的影响分析179
5.7 本章小结186
参考文献186
第6章 转子联轴器不对中故障建模与分析188
6.1 转子联轴器不对中故障概述188
6.2 转子联轴器不对中故障分类189
6.2.1 制造误差189
6.2.2 安装误差及其他因素189
6.3 联轴器制造误差产生的转子不对中故障建模190
6.3.1 平行不对中190
6.3.2 角度不对中193
6.3.3 柔性联轴器的情形193
6.4 安装误差等产生的转子不对中故障建模194
6.4.1 转子支承不对中故障统一模型194
6.4.2 转子支承不对中故障仿真分析及机理研究201
6.5 某型高推重比双转子航空发动机低压转子不对中故障仿真分析221
6.5.1 某型高推重比双转子航空发动机低压转子的套齿连接结构特点221
6.5.2 联轴器制造误差导致的转子不对中故障仿真分析222
6.5.3 安装误差等因素导致的转子不对中仿真230
6.6 本章小结240
参考文献241
第7章 转子叶片-机匣碰摩故障建模与分析242
7.1 转子叶片-机匣碰摩故障概述242
7.2 新型叶片-机匣碰摩模型243
7.2.1 碰摩力模拟243
7.2.2 转静间隙模拟244
7.2.3 碰摩故障的时域仿真计算方法245
7.2.4 机匣单点-转子全周的叶片-机匣碰摩故障仿真与试验验证245
7.3 某型高推重比双转子航空发动机碰摩故障仿真分析256
7.3.1 计算条件256
7.3.2 高压涡轮叶片-机匣碰摩仿真257
7.3.3 高压压气机第4级叶片-机匣碰摩仿真271
7.3.4 仿真分析结论284
7.4 本章小结285
参考文献285
第8章 滚动轴承配合松动故障建模与分析286
8.1 滚动轴承外圈与轴承座配合松动故障建模286
8.1.1 配合松动故障模型286
8.1.2 滚动轴承配合松动故障在整机耦合动力学模型中的导入288
8.2 基于转子-滚动轴承试验器的滚动轴承配合松动故障分析289
8.2.1 仿真计算条件289
8.2.2 不同配合间隙下的故障仿真分析290
8.2.3 轴承外圈与轴承座相对运动轨迹分析291
8.2.4 轴承外圈与轴承座之间的摩擦效应影响分析294
8.2.5 转子不平衡量对轴承外圈与轴承座配合松动故障的影响分析294
8.2.6 拧紧力矩对轴承外圈与轴承座配合松动故障的影响分析295
8.2.7 试验验证296
8.3 某型无人飞行器用小型发动机滚动轴承配合松动故障分析300
8.3.1 发动机支点轴承配合松动故障仿真分析300
8.3.2 发动机试车数据分析306
8.3.3 仿真结果与试车数据分析结论309
8.4 某型高推重比双转子航空发动机滚动轴承配合松动故障仿真分析310
8.4.1 计算条件310
8.4.2 支点1配合松动故障特征分析311
8.4.3 支点2配合松动故障特征分析321
8.4.4 支点3配合松动故障特征分析330
8.4.5 支点4配合松动故障特征分析340
8.4.6 支点5配合松动故障特征分析349
8.5 本章小结359
参考文献360
第9章 滚动轴承早期表面损伤的故障建模与分析361
9.1 滚动轴承振动产生原理与特点361
9.2 滚动轴承故障的不同发展阶段及其频率特征362
9.3 滚动轴承特征频率364
9.4 滚动轴承早期疲劳剥落故障诊断原理366
9.4.1 滚动轴承早期疲劳剥落故障信号形成机理366
9.4.2 小波包络分析方法367
9.5 滚动轴承故障早期表面疲劳剥落损伤建模373
9.5.1 滚动轴承外圈故障建模373
9.5.2 滚动轴承内圈故障建模375
9.5.3 滚动轴承滚动体故障建模376
9.5.4 滚动轴承故障导入377
9.5.5 基于转子-滚动轴承试验器的滚动轴承故障模型验证378
9.6 带机匣的航空发动机转子试验器滚动轴承故障仿真分析383
9.6.1 带机匣的航空发动机转子试验器简介383
9.6.2 外圈故障仿真383
9.6.3 内圈故障仿真386
9.6.4 滚动体故障仿真388
9.7 某型高推重比双转子航空发动机滚动轴承故障仿真分析391
9.7.1 某型高推重比双转子航空发动机简介391
9.7.2 支点1滚动轴承故障仿真分析392
9.7.3 支点2滚动轴承故障仿真分析400
9.7.4 支点3滚动轴承故障仿真分析408
9.7.5 支点4滚动轴承故障仿真分析417
9.7.6 支点5滚动轴承故障仿真分析426
9.8 本章小结434
参考文献434
内容摘要
航空发动机整机振动问题严重影响现役飞机的安全性和可靠性，也制约着在研发动机的研制目标和周期。在发动机结构可靠性的故障中，整机振动方面的故障占相当高的比例，主要表现为转子不平衡、转子不对中、支承松动、转静碰摩、以及滚动轴承疲劳剥落等典型故障。本书针对现代航空发动机在研制、生产和使用过程中所出现的典型故障展开研究，首先引入耦合动力学思想，建立航空发动机整机振动的转子-支承-机匣耦合动力学模型，并利用Newmark-β法和翟方法相结合的数值积分法进行模型求解；然后，针对各种典型故障建立故障动力学模型，并导入航空发动机整机振动模型中，利用时域数值积分方法获取机匣测点的振动信号，并进行故障特征分析；最后，建立考虑航空发动机实际结构特征的转子试验器进行故障模拟，并以此验证航空发动机整机振动建模方法和典型故障动力学模型的正确有效性。
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