一种基于数据驱动的鼠笼式弹性支承结构刚度计算方法技术

本发明专利技术提供了一种基于数据驱动的鼠笼式弹性支承结构刚度计算方法，涉及航空发动机技术领域，包括如下步骤：将鼠笼笼条视为两端固支的等截面梁，得出鼠笼笼条的原始刚度计算公式，建立鼠笼笼条截面坐标系，进一步考虑笼条弧度角影响，得到改进后的刚度计算公式；在所述改进后的鼠笼笼条刚度计算公式中引入修正系数，得到修正后刚度计算公式；根据鼠笼笼条的修正后刚度计算公式计算得到鼠笼刚度。本发明专利技术的目的是根据鼠笼笼条真实截面形状得到鼠笼式弹性支承结构刚度公式，将笼条截面形状视为扇形之差，考虑笼条弧度角以及工艺结构对刚度的影响，得到适用于较大弧度角情况下的鼠笼刚度计算公式，提高航空发动机弹性支承刚度计算结果准确性。算结果准确性。算结果准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据驱动的鼠笼式弹性支承结构刚度计算方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，具体而言，尤其涉及一种基于数据驱动的鼠笼式弹性支承结构刚度计算方法。

技术介绍

[0002]航空发动机转子支承系统的设计研究是现代发动机设计的核心技术之一，由于转子系统振动导致的发动机故障日益凸显，为了通过调整转子系统各阶临界转速以使其在工作转速下尽可能避开共振转速或留有足够的安全裕度，在转子支承结构设计中采用弹性支承结构进行临界转速调节简单且有效。发动机典型弹性支承结构包括鼠笼式弹性支承结构、弹性环式支承结构等，普遍应用于航空发动机转子系统中。
[0003]准确的获取鼠笼式弹性支承结构刚度值是进行航空发动机转子动力学特性的研究的必要条件，目前主要通过有限元仿真与解析计算两种方式获取鼠笼结构的刚度，有限元仿真可以较全面的考虑笼条倒角等细节的影响，然而其准确度过度依赖网格划分质量和边界条件的正确性，导致出现计算效率低、成本高等问题。因此，方便快捷的解析计算具有更强的工程适用性和实际意义。
[0004]现有的鼠笼式弹性支承结构解析计算方法主要有三种，该三种计算方法均基于等截面梁理论，即将鼠笼笼条视为两端固支的等截面梁。第一种方法将笼条截面视为正方形，根据正方形截面惯性矩结合等截面梁刚度计算公式推导得到，典型文献有文献1(《航空发动机设计手册19册
‑
转子动力学及整机振动》)与文献2(《航空发动机转子支承系统刚度计算中的几个问题》DOI：10.16358/j.issn.1009
‑/>1300.2005.02.004)；第二种是在第一种方法基础上进一步考虑了各笼条截面主弯曲方向与笼条受力方向不平行的特点后得到的，将笼条截面视为矩形，典型文献有文献3(《鼠笼式弹性支承结构参数优化设计与试验》DOI：10.13224/j.cnki.jasp.2011.01.026)与文献4(《鼠笼式弹性支承结构参数分步优化设计方法》DOI：10.13477/j.cnki.aeroengine.2016.02.008)；第三种则进一步考虑了笼条截面上下宽度不一致对刚度的影响，将笼条截面视为梯形，典型文献有文献5(《鼠笼弹性支承的刚度实验测试及计算分析》)。
[0005]虽然上述鼠笼弹性支承结构刚度计算方法能够在一定程度上得到鼠笼的解析刚度值，但仍存在一些问题。首先，该三种鼠笼刚度计算方法均未考虑笼条截面弧度角对刚度计算的影响。一方面，在计算笼条截面总惯性矩时直接采用的笼条个数与单个笼条在两个方向的惯性矩平均值之积，这样在笼条个数较少、笼条弧度角较大时会导致刚度计算误差较大。另一方面，该三种刚度计算方法在计算单个笼条的截面惯性矩过程中，均将弧度线简化为直线，文献1将笼条截面视为正方形，忽略了各笼条截面主弯曲方向与笼条受力方向不平行的特点，文献3虽然在文献1的基础上进一步考虑了该特点，但与真实的笼条形状仍存在较大误差，导致截面惯性矩仍不准确，文献5在文献1与文献3的惯性矩推导思路启发下更进一步，考虑了笼条上下宽度不一致的特点，将笼条截面为矩形进一步考虑为梯形，虽然该公式已经更接近真实的扇形笼条截面，但仍未考虑至关重要的弧度影响，弧度角较大时对
刚度值有着不可忽略的影响。更重要的是，目前工程实际中的航空发动机鼠笼弹性支承结构存在弧度角较大的特点，因此为了避免工程实际设计工作中出现计算的误差，计算公式应该进一步考虑笼条弧度角的影响，避免笼条弧度角较大时刚度的计算误差。其次，目前的三种鼠笼刚度计算公式在推导过程中均只考虑了笼条变形，未考虑笼条倒角及其它工艺结构的影响，导致所得解析公式的计算结果与仿真或者试验得到结果存在一定偏差，影响最终计算刚度结果的准确性，同时推导过程中所进行得部分简化也会影响最终计算结果的精度。由上述问题可知，目前的鼠笼弹性支承结构刚度计算方法在计算精度上仍存在缺陷与不足，难以准确计算笼条弧度角较大情况时鼠笼的刚度，仍需进一步研究以提高计算精度。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于数据驱动的鼠笼式弹性支承结构刚度计算方法，根据鼠笼笼条真实的截面形状推导得到鼠笼式弹性支承结构刚度解析公式，将笼条截面形状视为扇形推导其截面惯性矩，考虑笼条弧度角以及工艺结构对刚度的影响，最终得到适用于较大弧度角情况下的准确鼠笼刚度计算公式，提高航空发动机弹性支承刚度计算结果准确性，以解决现有鼠笼弹性支承结构刚度计算方法忽略笼条截面弧度角、笼条倒角及其它工艺结构影响导致的计算不精确问题。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种基于数据驱动的鼠笼式弹性支承结构刚度计算方法，包括如下步骤：
[0009]将鼠笼笼条视为两端固支的等截面梁，得出鼠笼笼条的原始刚度计算公式，建立鼠笼笼条截面坐标系，所述鼠笼笼条截面坐标系包括圆心坐标系和形心坐标系；
[0010]将所述鼠笼笼条截面形状视为两个半径不等的同心扇形之差，根据扇形关于过圆心坐标系的x轴惯性矩，得出笼条截面关于过形心坐标系的x
c
轴惯性矩公式；
[0011]将所述鼠笼笼条截面形状划分为三部分，分别求解该三部分关于鼠笼笼条截面坐标系中y轴的惯性矩公式后相加得到鼠笼笼条截面关于截面坐标系中y轴的截面惯性矩公式；
[0012]将所述笼条截面关于过形心坐标系x
c
轴的惯性矩公式和截面坐标系中y轴的截面惯性矩公式带入至鼠笼笼条的原始刚度计算公式中，得到鼠笼笼条的改进刚度计算公式；
[0013]在所述鼠笼笼条的改进刚度计算公式中引入修正系数，得到鼠笼笼条的修正后刚度计算公式；
[0014]根据鼠笼笼条的修正后刚度计算公式计算得到鼠笼刚度。
[0015]进一步地，所述鼠笼笼条截面坐标系的建立方法为：将所述鼠笼笼条截面形状视为两个半径不等的同心扇形之差，以两个扇形的圆心为坐标系圆心，以过圆心的水平线为x轴，以过笼条截面的形心的垂线为y轴，以过笼条截面的形心的水平线为x
c
轴。
[0016]进一步地，获取笼条截面关于过形心坐标系x
c
轴的惯性矩公式的具体步骤为：
[0017]根据所述鼠笼笼条截面坐标系和惯性矩定义，得出扇形关于过圆心坐标系的惯性矩公式；
[0018]根据所述扇形关于过圆心坐标系的惯性矩公式，将鼠笼笼条截面视为两个扇形之差，得出鼠笼笼条截面关于过圆心坐标系的惯性矩公式；
[0019]将所述鼠笼笼条截面关于过圆心坐标系的惯性矩公式，根据惯性矩平行移轴定理
结合x
c
轴与x轴的垂直距离，得出笼条截面关于过形心坐标系的惯性矩公式。
[0020]进一步地，获取鼠笼笼条截面关于截面坐标系中y轴的截面惯性矩公式的具体步骤为：
[0021]根据鼠笼笼条截面形状特点将鼠笼笼条截面分为两端的第一部分、第三部分和中间的第二部分，使第一部分和第三部分边数为最小；
[0022]将所述第一部分和第三部分视为三角形，根据惯性矩的定义，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的鼠笼式弹性支承结构刚度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：将鼠笼笼条视为两端固支的等截面梁，得出鼠笼笼条的原始刚度计算公式，建立鼠笼笼条截面坐标系，所述鼠笼笼条截面坐标系包括圆心坐标系和形心坐标系；将所述鼠笼笼条截面形状视为两个半径不等的同心扇形之差，根据扇形关于过圆心坐标系的x轴惯性矩，得出笼条截面关于过形心坐标系的x
c
轴惯性矩公式；将所述鼠笼笼条截面形状划分为三部分，分别求解该三部分关于鼠笼笼条截面坐标系中y轴的惯性矩公式后相加得到鼠笼笼条截面关于截面坐标系中y轴的截面惯性矩公式；将所述笼条截面关于过形心坐标系x
c
轴的惯性矩公式和截面坐标系中y轴的截面惯性矩公式带入至鼠笼笼条的原始刚度计算公式中，得到鼠笼笼条的改进刚度计算公式；在所述鼠笼笼条的改进刚度计算公式中引入修正系数，得到鼠笼笼条的修正后刚度计算公式；根据鼠笼笼条的修正后刚度计算公式计算得到鼠笼刚度。2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的鼠笼式弹性支承结构刚度计算方法，其特征在于，所述鼠笼笼条截面坐标系的建立方法为：将所述鼠笼笼条截面形状视为两个半径不等的同心扇形之差，以两个扇形的圆心为坐标系圆心，以过圆心的水平线为x轴，以过笼条截面的形心的垂线为y轴，以过笼条截面的形心的水平线为x
c
轴。3.根据权利要求1所述的基于数据驱动的鼠笼式弹性支承结构刚度计算方法，其特征在于，获取笼条截面关于过形心坐标系x
c
轴的惯性矩公式的具体步骤为：根据所述鼠笼笼条截面坐标系和惯性矩定义，得出扇形关于过圆心坐标系的惯性矩公式；根据所述扇形关于过圆心坐标系的惯性矩公式，将鼠笼笼条截面视为两个扇形之差，得出鼠笼笼条截面关于过圆心坐标系的惯性矩公式；将所述鼠笼笼条截面关于过圆心坐标系的惯性矩公式，根据惯性矩平行移轴定理结合x
c
轴与x轴的垂直距离，得出笼条截面关于过形心坐标系x
c
轴的惯性矩公式。4.根据权利要求1所述的基于数据驱动的鼠笼式弹性支承结构刚度计算方法，其特征在于，获取鼠笼笼条截面关于截面坐标系中y轴的截面惯性矩公式的具体步骤为：根据鼠笼笼条截面形状特点将鼠笼笼条截面分为两端的第一部分、第三部分和中间的第二部分，使第一部分和第三部分边数为最小；将所述第一部分和第三部分视为三角形，根据惯性矩的定义，得到第一部分的计算公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗忠，刘凯宁，李雷，孙凯，周吉来，周广泽，王云雷，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：