基于接触分析方法的机匣安装边密封性研究

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1、第31卷第4期沈阳航空航天大学学报V01．31No．4呈Q!垒±!旦!竺旦里兰!竺!璺皇!里!翌曼垒!!竺!旦兰!!堕里!∑!!!塑羔垒旦g：兰Q!兰文章编号：2095—1248(2叭4)04—0065—05基于接触分析方法的机匣安装边密封性研究周伟朋，刘仕运(中航工业沈阳发动机设计研究所航空发动机总体设计一部，沈阳1l0015)摘要：针对某型航空发动机外涵机匣开环形槽结构的安装边，建立了包括安装边和连接螺栓的有限元计算模型。采用有限元接触分析方法对安装边结合面的接触应力和接触间隙进行了计算，分析了安装边螺栓孔距、安装边厚度和开槽深度对安装边密封性的

2、影响。结果表明，安装边开环形槽结构有利于密封，适当增加安装边螺栓数和安装边厚度可改善其密封性。关键词：航空发动机；机匣安装边；密封性；接触分析中图分类号：V232文献标志码：Adoi：10．3969／{．issn．2095一1248．2014．04．013Researchonthesealperfbrmanceofaero-enginecasenangebasedonthecontactanalysisZHoUWei-peng，LIUShi—yun(Aero—en百neDesignlst．Dept，ShenyaIlgEngineDes堙naIldRe

3、searchInstitIlte，shenyaIlg110015，china)Abstract：AfiniteelementmodelincludingtllenangeaIldb01tisbuilttostudymecharacteristicsofnange，apartoft11ebypassductcaseinanaero—engine，wimgrooVeonmesurface．Thecontactstressandclearancearecalculatedbasedonthecontactanalysis．Theeffectsonthena

4、ngeofmedis切卫ceof也ebohhole，themicknessofmenangeandmed印mofmegrooVearesmdied．71111eresultsshowmatthesealingperfomlancecanbeimprovedbyintroducingannular黟ooveonthesu—’aceorincreasingⅡ1eb01tnuII】Ibersorincreasingthemicknessofmenallge．Keywords：aero-engine；caseflange；sealingperfb肌ance；

5、contactaIlalysis航空发动机机匣即是形成气流通道的主要构件，也是承力／传力的主要构件。由于制造工艺和装配的需要，发动机机匣通常由数段组成，机匣与机匣之间的连接主要采用安装边螺栓连接结构。在机匣安装边设计时，不仅要求具有足够的连接刚度和强度，同时还需满足气体密封性要求。安装边接触面的接触应力及变形，是影响安装边的密封性的主要因素。文献[1][2]利用实验和理论解析相结合的方法对机匣安装边结构力学特性进行了分析，重点研究了安装边与机匣壳体转接圆处的应力集中问题。受解析计算的局限性，机匣安装边接触问题没有得到展开讨论。随着接触问题研究的发展以

6、及有限元分析技术的提高，国内外学者对法兰连接的接触分析及垫片接触应力的数值计算开展了大量研究，研究成果为具有密封垫片的法兰连接设计提供了重要指导作用口。13

7、。而对于金属面直接接触的机匣安装边密封性研究却鲜见报道。本文采用有限元计算方法分析了某型发动机外涵机匣安装边的密封性问题，对影响安装边密封的接触应力和脱开间隙进行了计算，同时还研究了螺栓孔距、安装边厚度和开槽深度对安装边收稿日期：2014一06一16作者简介：周伟朋(1982一)，男，山东平度人，工程师，主要研究方向：航空发动机总体结构，E—mail：z、Ⅳp-houei@163．com。蘸沈阳

8、航空航天大学学报密封性的影响。1计算模型某型航空发动机外涵机匣为分段式，包括前段外涵机匣和后段外涵机匣，两段机匣通过横向开槽结构第31卷安装边连接。其中，前段机匣安装边结合面设计为环形槽结构。忽略机匣上孔槽、焊缝等结构，以及安装边上安装支架，建立机匣安装边几何模型(如图1)。为分析开槽结构对安装边密封性的作用，以图1的开槽机匣安装边为原型，同时建立了安装边结合面为平面的模型。图1机匣安装边几何模型采用三维有限元模型模拟机匣安装螺栓连接，考虑安装边螺栓沿环向均匀分布，取安装边循环对称的一部分进行建模。本文使用有限元软件平面结构Ansys进行计算‘141

9、，对安装边和螺栓采用六面体单元划分网格，有限元模型见图2。图2机匣安装边网格划分计算载荷主要包括螺栓拧紧力矩