提升航空发动机典型螺栓连接结构综合性能优化设计方法技术

本发明专利技术公开了提升航空发动机典型螺栓连接结构综合性能优化设计方法，属于航空发动机结构设计技术领域

【技术实现步骤摘要】
提升航空发动机典型螺栓连接结构综合性能优化设计方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机结构设计
，具体涉及提升航空发动机典型螺栓连接结构综合性能优化设计方法
。

技术介绍

[0002]航空发动机结构设计是航空发动机研发的一个重要内容
。
航空发动机结构设计是指针对航空发动机的重要部件和结构进行设计和优化，旨在提高发动机的性能
、
寿命和安全性
。
航空发动机结构设计的目标是满足各种工作条件下的要求，包括高温
、
高压
、
高速等极端工况
。
随着航空工业的发展和技术的不断进步，航空发动机结构设计也在不断创新和改进，需要发展以结构为直接设计对象，以性能为最终设计目标的结构定量评估和优化设计方法
。
螺栓连接结构具有承载力强
、
便于拆卸
、
互换性好等优点，在航空发动机中应用非常广泛，尤其是在静子系统与转子系统中，是机匣安装边之间
、
盘鼓之间最常用的连接方式
。
螺栓连接结构在发动机中起着至关重要的作用，直接影响到发动机的安全性
、
可靠性和性能
。
优化设计可以提高螺栓连接结构的质量和可靠性，减少故障率，同时还可以降低成本
、
提高效率，增强发动机的市场竞争力
。
因此，航空发动机螺栓连接结构优化设计问题一直是航空工业领域的研究热点
。
专利技术内容
[0003]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供提升航空发动机典型螺栓连接结构综合性能优化设计方法，该优化方法以结构参数安装边高度
、
安装边厚度
、
螺栓数量与装配参数螺栓预紧力作为优化参数，以拉伸刚度
、
相邻螺栓间零接触应力的周向长度与结构质量为优化目标，实现对航空发动机典型螺栓连接结构综合性能的优化设计
。
[0004]本专利技术提供提升航空发动机典型螺栓连接结构综合性能优化设计方法，包括以下步骤：
[0005]S1、
确定影响性能指标的主要结构参数与装配参数及其取值范围；
[0006]S2、
用
Box
‑
Behnken
试验设计方法进行响应面试验方案的设计，并根据设计的试验方案建立有限元模型，计算所有试验方案的试验拉伸刚度
、
试验相邻螺栓间零接触应力的周向长度与试验结构质量；
[0007]S3、
根据
S2
中的计算结果得出设计变量与优化目标之间的响应面函数，根据该响应面函数来直接计算拉伸刚度
、
相邻螺栓间零接触应力的周向长度与结构质量；；
[0008]S4、
采用层次分析法确定优化目标的权系数；
[0009]S5、
采用理想点法结合响应面函数与权系数构造多目标优化模型的数学表达式；
[0010]S6、
确定遗传算法基本参数，创建初始种群
p(t)
，以多目标优化模型的数学表达式作为适应度函数，计算初始种群每个个体的适应度；
[0011]S7、
以迭代次数作为终止准则，判断计算结果是否满足终止准则，如不满足，则适应度低的个体直接淘汰，适应度高的个体参与后续的遗传操作，根据改进后的算法，自适应
调整交叉概率和变异概率；
[0012]S8、
经遗传操作后的个体组合起来形成新一代种群
p(t+1)
，重复执行
S7
，直至满足终止准则，将不断迭代而生成的后代种群中表现最为优异的个体作为寻优的最终结果，并解码输出最优参数方案与该方案下的最优解
。
[0013]进一步地，所述
S1
中影响性能指标的主要结构参数包括安装边高度
、
安装边厚度与螺栓个数，装配参数包括螺栓预紧力
。
[0014]进一步地，所述
S2
中具体为：运用非线性有限元计算软件求解得到典型螺栓连接结构的两个安装边结合面间的接触应力分布以及内缘之间相对位移的平均增量，根据如下公式计算所有试验方案的试验拉伸刚度
k
：
[0015][0016]其中，
Δ
F
为轴向拉力的增量，
Δ
x
为两个安装边内缘之间相对位移的平均增量
。
[0017]进一步地，所述
S3
中具体为：通过
S2
中计算出的所有试验方案的试验拉伸刚度
k、
试验相邻螺栓间零接触应力的周向长度与试验结构质量，得到拉伸刚度
、
相邻螺栓间零接触应力的周向长度
、
结构质量分别与安装边高度
、
安装边厚度
、
螺栓数量
、
螺栓预紧力的公式，具体为：
[0018]Y1＝
2.07
‑
1.31h+0.74t+0.17n+0.064f
‑
0.35ht
‑
0.12hn
[0019]‑
0.037hf+0.041tn+0.031tf+0.0057nf+0.51h2[0020]+0.078t2‑
0.018n2+0.0023f2[0021]Y2＝
9.64+0.63h
‑
1.62t
‑
4.81n
‑
0.44f+0.28ht
‑
0.37hn
[0022]‑
0.082hf
‑
0.42tn+0.075tf
‑
0.091nf
‑
0.57h2[0023]‑
0.57t2+0.16n2‑
0.51f2[0024]Y3＝
49.93+0.43h+0.67t+0.083n+0.11ht+0.0003hn
[0025]‑
0.0012tn+0.0023h2+0.0013t2+0.0009n2[0026]其中，
Y1为拉伸刚度
、Y2为相邻螺栓间零接触应力的周向长度
、Y3为结构质量
、h
为安装边的高度
、t
为安装边的厚度
、n
为螺栓数量
、f
为螺栓预紧力
。
[0027]进一步地，所述
S4
具体为：拉伸刚度
、
相邻螺栓间零接触应力的周向长度与结构质量的权系数为
W
＝
[0.2464 0.3726 0.381]T
，其中，
T
为转置
。
[0028]进一步地，所述
S5
中采用理想点法结合响应面函本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
提升航空发动机典型螺栓连接结构综合性能优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
确定影响性能指标的主要结构参数与装配参数及其取值范围；
S2、
用
Box
‑
Behnken
试验设计方法进行响应面试验方案的设计，并根据设计的试验方案建立有限元模型，计算所有试验方案的试验拉伸刚度
、
试验相邻螺栓间零接触应力的周向长度与试验结构质量；
S3、
根据
S2
中的计算结果得出设计变量与优化目标之间的响应面函数，根据该响应面函数来直接计算拉伸刚度
、
相邻螺栓间零接触应力的周向长度与结构质量；
S4、
采用层次分析法确定优化目标的权系数；
S5、
采用理想点法结合响应面函数与权系数构造多目标优化模型的数学表达式；
S6、
确定遗传算法基本参数，创建初始种群
p(t)
，以多目标优化模型的数学表达式作为适应度函数，计算初始种群每个个体的适应度；
S7、
以迭代次数作为终止准则，判断计算结果是否满足终止准则，如不满足，则适应度低的个体直接淘汰，适应度高的个体参与后续的遗传操作，根据改进后的算法，自适应调整交叉概率和变异概率；
S8、
经遗传操作后的个体组合起来形成新一代种群
p(t+1)
，重复执行
S7
，直至满足终止准则，将不断迭代而生成的后代种群中表现最为优异的个体作为寻优的最终结果，并解码输出最优参数方案与该方案下的最优解
。2.
如权利要求1所述的提升航空发动机典型螺栓连接结构综合性能优化设计方法，其特征在于，所述
S1
中影响性能指标的主要结构参数包括安装边高度
、
安装边厚度与螺栓个数，装配参数包括螺栓预紧力
。3.
如权利要求1所述的提升航空发动机典型螺栓连接结构综合性能优化设计方法，其特征在于，所述
S2
中具体为：运用非线性有限元计算软件求解得到典型螺栓连接结构的两个安装边结合面间的接触应力分布以及内缘之间相对位移的平均增量，根据如下公式计算所有试验方案的试验拉伸刚度
k
：其中，
Δ
F
为轴向拉力的增量，
Δ
x
为两个安装边内缘之间相对位移的平均增量
。4.
如权利要求1所述的提升航空发动机典型螺栓连接结构综合性能优化设计方法，其特征在于，所述
S3
中具体为：通过
S2
中计算出的所有试验方案的试验拉伸刚度
k、
试验相邻螺栓间零接触应力的周向长度与试验结构质量得到拉伸刚度
、
相邻螺栓间零接触应力的周向长度
、
结构质量分别与安装边高度
、
安装边厚度
、
螺栓数量
、
螺栓预紧力的公式，具体为：
Y1＝
2....

【专利技术属性】
技术研发人员：艾延廷，王银虎，刘玉，王志，田晶，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：