1、机械设计JOURNALOFMACHINEDESIGN基于有限元法的无螺栓挡板应力的计算分析孟庆迪，王新阁，韩慧玲i军航学航#帆槭I控幕#K130022摘要：埠挡板镕构是现代抗空发动机的一种先进#相皋时暮型自机的i螺栓挡板构进行7建橇和计算e析，通过分析碍女无螺枉t挡板i的最走午#应力的太十A位1并且根捂*算机构得到在l-u办作用f南&*轮i挡妊j目域自最太苄#应力自转速n化关*城，时炭自机设计最太热女荷两种I竹状态T的等鼓直力的盘十进秆7分析通过计算舟析d为螺妊挡板站构的设计拄书研克提供*要的奉孝关键词航空生动机t螺挡板，日应力国外目前一些先进的发动轨如美国的0E90、F100、v25。0、C
2、FM56-5等糙动机太多在祸轮部件t采用T无螺柱挡板结构在NASA的E3高教节能发动机的研究中GE公司在高压涡轮的设计中也采用r无螺栓挡扳结构无螺栓挡板在西方发远田家先进发动机上的使用，表明无螺桂挡扳结构是一种较为先进、可靠的设计技术是发动机涡轮部件结构垃计的发展方自之一自从无螺挂挡板结构在国外发动机上应用阻来，国内有关学者和技术人日也对此结构开展了一砖相关研究本文计算中的无螺栓后捎扳采用卡环结构其结构包括后挡扳目卡环其中卡*是*口的装配时用I具将卡环压紧，装入挡板用I具压挡板使其弹性变彤直到其最左侧的边靠到涡转盘上此时松开卡环使其回弹再轮开挡扳使其回自由状态挡板和卡环就相E锁景，起到固定约束
3、作用，如图I所示 门口I*0#目镕#镕日I计算模型的建立有碾元攥型的建t由于本文的计算横型为循环对称结构所受的戴荷包括温度羲苛也酃是循环对称的因此车文的计算采用铺环对称的方法来处理以减少计算耀模截取整个无螺挂挡扳蔓个结构的l，72作为本文韵计算横里由于整十结拇的形状非常复杂特别是计算的重点后挡板部分形状更加复杂因此在车文有限元模型中采用的是s0L)92四面体单元同格的划分方式采用悬自由划分，然后再对计算重点部位进行局部蛔捌特别是在器轮盘与前挡扳、羁轮盘与后挡板、后挡粒与卡坪、卡环与嚣话盘之问的接触面上对于接艟面的单元在丹同时髓了重点的考虐使其满足计算中接的需要无螺拴挡扳结构的模型罔格如圉2所示
4、目24#H镕*攮i月镕12蓑荷和位移边界条件持轮盘和挡扳的高。戴荷是以轮盘转轴为中心的转速引起的，在本文的计算中由于缺少叶片的圈纸只有升片的质量和质心位置的参赣，所以叶片的离心曩蓠的加羹方法是把叶片的高心蓑菏均布在滑轮盘的轮缘衰面所加面戴瞢为：P：丛生，z 2F柑式中：E叶片的个数m片的质量，kg；LJ十片质。半径m：，轮缘半径m：F一*4“C-与以上参教相关的常蟊由轮盘和叶片的结构形式唯一确定；m转速-ra挑在不耐转速下的面戴菏计算参致和不同转麓下叶片高。戴荷对应的面戴荷见表l和表2寰I it瞢的计算t2目#tT叶片一0t瞢N暮蛙艚整十无螺挂档板结柑的位#边界为霸环肘肆边界，将漏皓盘，挡板和
5、卡耳的周向墙面分别加环对稚约柬，并在桷靶量的中。孔内的一点加轴向位咎妁禀，146 机械设计 第27卷增刊2 离心应力的计算分析高压涡轮在发动机的实际工作中，其转速的变化比较大，根据在发动机设计点、最大热负荷之一和最大热负荷之二三个状态的工作转速为了得到高压涡轮盘无螺栓后挡板上应力分布与转速的关系，本文中除了对上述三种状态下的离心应力进行了计算外，还根据需要对其它的一些转速也进行了相应的计算，计算结果见表3，在计算中发现。当转速达到1400rads后最大等效应力部分超过嘞2而进入塑性状态。所以在1400rads后面的计算中考虑了材料弹塑性非线性影响表3无螺栓后挡板应力集中区域最大等效应力(单位：
6、Pa)黼浆(rads区域I 区域II 区域【II，400 0 77945E+08 O 56822E+08 0 6384lE+08600 0 17187E+09 0 12567E十09 01 4207E+09800 0 29131E+09 0 23090E十09 0 25140E+09l000 0 45458E+09 0 35480E邶 0 39431E+091200 0 66210E+09 0 49909E瑚 0 56618E+09弹性计算 0 87368E+09 070927E瑚 0 77328E埘1400弹一塑计算 0 85363E+09 0 72707E埘 0，86942E+09弹性计算
7、 093 I 74E+09 O 10426E+10 0 92850E枷1536弹一塑计算 010505E+10 0 9154lE+09 O10752E+lO弹性计算 0 10942E+lO O8925lE+09 09711 lE+091567弹一塑计算 01lll7E+lO 096615E+09 O11162E+lO弹性计算 O 12006E+IO 091 370E枷 010187E+10l 6ID0弹一塑计算 OIll72E+10 010414E+10 01 1221E+10通过对计算结果的判断分析，可以得出以下结论：无螺栓后挡板的主要应力集中区域如图3中所示的区域I、II、m，其中最大等效
8、应力点出现在区域I内无螺栓后挡板与涡轮盘的相接触部分的最外端，各区域内最大等效应力节点的等效应力与转速的关系曲线如图4、图5、图6所示图3无螺栓后挡板应力集中区域-一查性计算 ，+弹性计算J一?jj1t“4r柚m_曲m枷转运(rods)图4区域I内量大应力点彻曲线O 瑚 棚 IO 枷 枷 l 转遗(nuls)图5区域1l内最大应力点lY“q曲线芒I“震tE捌EZtAE3结论0 q mtlm转遗rnds)圈6区域III内最大应力点Oon曲线通过对无螺栓挡板结构的离心应力计算分析可到这样的结论：无螺栓挡板结构在离心载荷的作用下。其等效应力随转速的增加而增大，后挡板的应力集中区域主要分布在挡板与涡轮
9、盘相接触的地方当转速超过1400rads的时候，前、后挡板上的应力局部增大并超过到嘞2而进入弹塑性状态，发动机设计点、最大热负荷两种工作状态下的等效应力的符合材料的性能要求参考文献【l】 航空航天工业部高效节能发动机文集编委会高效节能发动机文集【q第5册|E京：航空工业出版社，1991【2】 航空发动机设计手册总编委会航空发动机设计手册【c1第lo册蜗轮北京：航空工业出版社2001【3】Halila,EEtanahan，DT，and Thomas,t t，“EjHigh P他辎t TurbineTent Hardware Detailed Design黜：por IRNASA-Le|vis R
10、esearchCcntcr,CR-167995,Jun 1982Research on the turbine boltless retainer centrifu-gal stressMENG Qing-di。恻G Hong-yan(Department of Aeronautical and Mechanical Engineering,Air Force Aviation University,Changchun 1 30022。China)Abstract：Thc turbine boltless retainer is a kind ofadvanced and reliable t
11、echnique in the modem叠cmHcngJn0(下转第148页) ! I一 墼丝丝盐 堑：堂望型-_l_Il_l_l_l_I-I_l-_-l-_Il-_-_-_l_l-_ll_-_-_l_-。-。一个导出函数的名字这些函数是使用DLL的应用程序进入DLL的入口点。只有导出中的函数可以被其他可执行程序调用从DLL中导出函数有三种方法：创建模快定义文件(DEF)使用关键字declspoc(dllexport)使用AFX EXT CLASS宏对于导出函数较多、功能比较复杂的情况下，我们一般采用第一种方法，即将所有的导出函数都定义在一个扩展为def的模快定义文件中，这样很容易管理这些导
12、出函数。模块定义文件是用于描述DLL属性的文本文件，其程序示例如下LIBR ARY “uscdll”DESCRIPTION Feature Windows Dynamic LinkLibraryEXPORTSlnitUserDLL3 lMenultemCB 2SaveAsCB 3建立DLL时，链接器使用DFF文件来创建一个导出文件(EXP)和一个导入库文件(LIB)，然后使用导出文件来创建DLL文件。(2)如何在SolidWorks中使用生成的动态链接库编译程序生成所需的dll文件后，通常可使用三种方法在SolidWorks中使用生成的动态链接库1)可以使用SolidWorks的“打开”菜单命
13、令，在打开对话框的文件类型选择下拉框中选择，“AddIns(*d11)”，就可以直接打开所生成的dll文件2)可以对该DLL在注册表中注册后，使用“工具插件”菜单进行一次性加载，以后每次启动SolidWorks就可以自动加载。3)DLL程序注册最简单的方法就是编辑一个注册文件(I也G)，注册文件的程序示例如下Windows Registry EditorVersion 500(HKEY LOCALMACHINESOFTWAREkSolidWorkskApplications汽车标准件库)”CLSID”=一(053d4e2e0709-455b-a2dd-c3dda54650fb)。(HKEY C
14、LASSES ROOT_CLSID053d4c2e-0709-455b-a2dd-c3dda54650fb】=。汽车标准件库”【HKEY CLASSES ROOTCLSID053d4e2e-0709-455ba2bb-e3dda54650fblnProeServer32)而罅翻畅t_o童蚺唯门哪畅掣叫翰砰珥吩啊井胡胡铂E翊蟹啊自；_r，埘(上接第146页)designingIt is one of the developing directions of tlle turbinestructural design of the aerocngineBy means of FEA(FiniteE
15、lement Analysis)，the research of the designing technique of theboltless rctalncr in the acro-cngine WaS presented in this paperThe positions of the dangerous points and the equivalem stresshave been studied with the FEA calculation in the papor,and the2”F：k3d-parflusedlldll”33用SolidWorks的API函数进行尺寸驱动
16、要进行尺寸驱动，必须用SolidWorks建立参数化的模板图形并标注尺寸，我们可以通过尺寸名来找到对应的尺寸根据从数据库中读出的于该尺寸相对应的参数值，对模板图形进行尺寸驱动，以得到新的符合我们要求的实体其程序示例如下LPMODELDOC m_ModelDoc=NULL；HRESULTrcs=TheApplicationGetSWApp()gcLIactiveDoc(&m_ModelDoc)：LPPARTDOC mPartDoc=NULL；Res=rn_ModelDoeQueryIntcrfacc(1iD_IpartDoc，(LPVOID)mPartDoc)：LPDlMENSION re_Di
17、mension暑NULL；Long rcrval：访问有关尺寸Res=m_ModelDoe-IParamctc(auT(SSkctchl六角较薄螺母Q353BSLDPRD,&m_Dimcnsion)：m DimensionS蝴Iuc2 fS，0，&retval)：重新设置有关尺寸m-PartDoc-EditRebuiid()：，重建模型4 结论本文介绍的利用Visual C+60开发的SolidWorks汽车标准件库，已经完成了螺栓类、螺母类、螺钉类等9个大类。80余种标准件通过实际的应用表明它能够有效的方便设计人，提高设计、制造的效率。参考文献【l】SolidWorks Corporatio
18、nSOIid、o岫200l plus API Help,2001【2】David JKruglinski，Visual C+60技术内幕【M】5版北京：北京希望电子出版社2002【3】 丁毓华。盛步云等用su硼C矗0开发SolidW甜ks三维标准件库川计算机工程，=200026(7)【41 伍涛，等用Delplti对SolidWorks进行二次开发【J1贵州工业大学学报(自然科学版)，199928(6)relations between the equivalentstress and rotate spoed was foundthrough analyzing the calculation resulL The calculation andanalysis in this paper Can provide the useful他fb佗ncc and help forthe designing ofthe hnltlcss retainerKey words：aero-mgine；boltless rtqainer；contact；finiteclement analysisFi96Tab3 Ref3
