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航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計

包郵 航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計

出版社：科學(xué)出版社出版時間：2022-11-01
開本： B5 頁數(shù)： 416
中 圖 價:¥76.0(3.8折) 定價  ¥200.0 登錄后可看到會員價
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航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計 版權(quán)信息

航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計 內(nèi)容簡介

本書航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度工程設(shè)計的角度，首先介紹航空發(fā)動機(jī)研制對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求以及通用流程；然后分別從輪盤、葉片、主軸及轉(zhuǎn)子連接件、機(jī)匣及其連接件、傳動構(gòu)件、轉(zhuǎn)子動力學(xué)、整機(jī)振動及測試七個方面進(jìn)行了介紹，每一部分主要包括該類構(gòu)件在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計中經(jīng)常遇到的失效模式、設(shè)計要求、流程及方法；*后總結(jié)航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度專業(yè)現(xiàn)今面臨的挑戰(zhàn)，提出未來發(fā)展趨勢。

航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計 目錄

目錄
渦輪機(jī)械與推進(jìn)系統(tǒng)出版項目？序
“兩機(jī)”專項： 航空發(fā)動機(jī)技術(shù)出版工程？序
前言
第1章緒論
1.1航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計的關(guān)聯(lián)工作002
1.2航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計規(guī)范和準(zhǔn)則003
1.3航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計方法的發(fā)展和進(jìn)步004
1.4本書特點及內(nèi)容安排006
第2章總體載荷
2.1概述007
2.2發(fā)動機(jī)整機(jī)載荷傳遞路徑010
2.3發(fā)動機(jī)頂層載荷設(shè)計011
2.3.1發(fā)動機(jī)載荷設(shè)計流程011
2.3.2頂層載荷要求011
2.3.3發(fā)動機(jī)實際工作過程中的影響因素019
2.4發(fā)動機(jī)載荷設(shè)計方法019
2.4.1發(fā)動機(jī)氣動載荷設(shè)計分析方法019
2.4.2發(fā)動機(jī)機(jī)動載荷設(shè)計分析方法022
2.4.3非正常載荷計算027
2.5發(fā)動機(jī)試車載荷譜設(shè)計及驗證029
2.5.1整機(jī)耐久性試車分類029
2.5.2壽命試車載荷譜設(shè)計030
2.5.3高周疲勞專項試車載荷譜設(shè)計031
2.5.4轉(zhuǎn)子氣動軸向力測試031
第3章輪盤強(qiáng)度設(shè)計
3.1概述034
3.2輪盤結(jié)構(gòu)特征035
3.2.1風(fēng)扇盤的結(jié)構(gòu)特征035
3.2.2壓氣機(jī)盤的結(jié)構(gòu)特征037
3.2.3渦輪盤的結(jié)構(gòu)特征038
3.3輪盤強(qiáng)度設(shè)計通用要求及準(zhǔn)則039
3.3.1輪盤強(qiáng)度設(shè)計通用要求039
3.3.2輪盤強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則041
3.4輪盤強(qiáng)度設(shè)計流程043
3.5輪盤載荷與環(huán)境045
3.6輪盤靜強(qiáng)度設(shè)計047
3.6.1輪盤應(yīng)力及變形計算方法047
3.6.2輪盤榫槽應(yīng)力及變形計算方法054
3.6.3輪盤破裂特征及其破裂轉(zhuǎn)速計算方法056
3.7輪盤壽命設(shè)計058
3.7.1輪盤低周疲勞壽命設(shè)計方法058
3.7.2輪盤蠕變及持久壽命設(shè)計方法063
3.7.3輪盤損傷容限設(shè)計方法067
3.8輪盤強(qiáng)度及壽命試驗驗證要求073
3.8.1輪盤強(qiáng)度及壽命試驗測試的內(nèi)容與要求073
3.8.2輪盤強(qiáng)度及壽命試驗件設(shè)計081
3.8.3輪盤強(qiáng)度及壽命試驗結(jié)果分析評定082
3.9輪盤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計輸出085
第4章葉片強(qiáng)度設(shè)計
4.1概述087
4.2葉片結(jié)構(gòu)特征088
4.2.1風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)特征088
4.2.2高/低壓渦輪葉片的結(jié)構(gòu)特征090
4.3葉片強(qiáng)度設(shè)計要求092
4.3.1葉片強(qiáng)度設(shè)計通用要求092
4.3.2葉片強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則095
4.4葉片強(qiáng)度設(shè)計流程101
4.5葉片載荷與環(huán)境104
4.6葉片靜強(qiáng)度設(shè)計105
4.6.1葉身靜強(qiáng)度設(shè)計方法105
4.6.2葉片榫頭靜強(qiáng)度設(shè)計方法110
4.6.3葉冠靜強(qiáng)度設(shè)計方法113
4.6.4葉片抗外物損傷設(shè)計方法115
4.6.5新結(jié)構(gòu)、新材料葉片靜強(qiáng)度設(shè)計方法119
4.7葉片振動與疲勞壽命設(shè)計123
4.7.1葉片振動特性設(shè)計方法123
4.7.2葉片高周疲勞設(shè)計方法127
4.7.3葉片顫振特性設(shè)計方法130
4.7.4葉片低周（熱機(jī)械）疲勞壽命設(shè)計方法132
4.7.5葉片蠕變及持久壽命設(shè)計方法135
4.8葉片強(qiáng)度及壽命試驗驗證要求137
4.8.1葉片強(qiáng)度及壽命試驗測試的內(nèi)容及要求137
4.8.2葉片強(qiáng)度及壽命試驗件設(shè)計141
4.8.3葉片強(qiáng)度及壽命試驗結(jié)果分析評定146
4.9葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計輸出147
第5章主軸強(qiáng)度設(shè)計
5.1概述149
5.2主軸及轉(zhuǎn)子連接件結(jié)構(gòu)特征150
5.2.1主軸結(jié)構(gòu)特征150
5.2.2轉(zhuǎn)子連接件結(jié)構(gòu)特征150
5.3主軸強(qiáng)度設(shè)計通用要求及準(zhǔn)則154
5.3.1主軸強(qiáng)度設(shè)計通用要求154
5.3.2主軸強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則155
5.4主軸強(qiáng)度設(shè)計流程157
5.5主軸載荷與環(huán)境159
5.6主軸靜強(qiáng)度及壽命設(shè)計160
5.6.1主軸靜強(qiáng)度及壽命設(shè)計分析方法160
5.6.2轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及密封性設(shè)計分析方法179
5.7主軸振動設(shè)計192
5.7.1主軸振動特性192
5.7.2主軸振動設(shè)計分析方法192
5.7.3端齒連接結(jié)構(gòu)振動特性及其建模方法198
5.8主軸強(qiáng)度及壽命試驗驗證要求199
5.8.1主軸強(qiáng)度及壽命試驗測試的內(nèi)容與要求200
5.8.2主軸強(qiáng)度及壽命試驗設(shè)計202
5.8.3主軸強(qiáng)度及壽命試驗結(jié)果分析評定203
5.9主軸強(qiáng)度設(shè)計輸出204
第6章機(jī)匣強(qiáng)度設(shè)計
6.1概述206
6.2機(jī)匣及其連接件結(jié)構(gòu)特征207
6.2.1進(jìn)氣機(jī)匣207
6.2.2風(fēng)扇/壓氣機(jī)機(jī)匣208
6.2.3中介機(jī)匣210
6.2.4燃燒室機(jī)匣211
6.2.5渦輪機(jī)匣211
6.2.6渦輪后承力機(jī)匣214
6.2.7排氣機(jī)匣215
6.2.8機(jī)匣連接結(jié)構(gòu)217
6.2.9機(jī)匣新材料、新工藝與新結(jié)構(gòu)218
6.3機(jī)匣強(qiáng)度設(shè)計通用要求及準(zhǔn)則219
6.3.1機(jī)匣強(qiáng)度設(shè)計通用要求219
6.3.2機(jī)匣強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則221
6.4機(jī)匣強(qiáng)度設(shè)計流程223
6.5機(jī)匣載荷與環(huán)境225
6.5.1氣體作用力225
6.5.2溫度載荷225
6.5.3質(zhì)量慣性力226
6.5.4摔機(jī)載荷226
6.6機(jī)匣靜強(qiáng)度與振動設(shè)計226
6.6.1機(jī)匣靜強(qiáng)度及變形設(shè)計方法226
6.6.2葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)靜強(qiáng)度及剛度設(shè)計方法236
6.6.3機(jī)匣連接件靜強(qiáng)度及剛度設(shè)計方法238
6.6.4機(jī)匣振動設(shè)計方法242
6.6.5機(jī)匣包容性設(shè)計方法244
6.7機(jī)匣壽命設(shè)計250
6.7.1機(jī)匣低周疲勞壽命設(shè)計方法250
6.7.2機(jī)匣高周疲勞壽命設(shè)計方法254
6.7.3機(jī)匣蠕變/應(yīng)力斷裂壽命設(shè)計方法256
6.8機(jī)匣強(qiáng)度及壽命試驗驗證要求257
6.8.1機(jī)匣強(qiáng)度及壽命試驗驗證測試的內(nèi)容與要求257
6.8.2機(jī)匣強(qiáng)度及壽命試驗件設(shè)計260
6.8.3機(jī)匣強(qiáng)度及壽命試驗結(jié)果分析評定260
6.9機(jī)匣結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計輸出262
第7章機(jī)械傳動系統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計
7.1概述264
7.2機(jī)械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征266
7.2.1軸結(jié)構(gòu)特征266
7.2.2齒輪結(jié)構(gòu)特征267
7.2.3機(jī)匣結(jié)構(gòu)特征270
7.3機(jī)械傳動系統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計要求273
7.3.1軸的強(qiáng)度設(shè)計要求273
7.3.2齒輪的強(qiáng)度設(shè)計要求275
7.3.3機(jī)匣的強(qiáng)度設(shè)計要求277
7.4機(jī)械傳動系統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計流程278
7.4.1軸的強(qiáng)度設(shè)計流程278
7.4.2齒輪的強(qiáng)度設(shè)計流程278
7.4.3機(jī)匣的強(qiáng)度設(shè)計流程279
7.5機(jī)械傳動系統(tǒng)的載荷與環(huán)境284
7.5.1軸的載荷與環(huán)境284
7.5.2齒輪的載荷與環(huán)境284
7.5.3機(jī)匣的載荷與環(huán)境287
7.6機(jī)械傳動系統(tǒng)靜強(qiáng)度及壽命設(shè)計288
7.6.1軸的靜強(qiáng)度及壽命設(shè)計方法288
7.6.2齒輪的靜強(qiáng)度及壽命設(shè)計方法290
7.6.3機(jī)匣的靜強(qiáng)度及壽命設(shè)計方法294
7.7機(jī)械傳動系統(tǒng)振動設(shè)計297
7.7.1軸的振動設(shè)計方法297
7.7.2齒輪的振動設(shè)計方法306
7.7.3機(jī)匣的振動設(shè)計方法308
7.8機(jī)械傳動系統(tǒng)試驗驗證要求313
7.8.1軸的試驗驗證要求313
7.8.2齒輪的試驗驗證要求314
7.8.3機(jī)匣的試驗驗證要求315
7.8.4附件傳動系統(tǒng)、體內(nèi)減速器、主減速器等的試驗驗證要求317
7.9機(jī)械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計輸出317
7.9.1軸的強(qiáng)度設(shè)計輸出317
7.9.2齒輪強(qiáng)度設(shè)計輸出318
7.9.3機(jī)匣強(qiáng)度設(shè)計輸出318
第8章轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計
8.1概述319
8.2轉(zhuǎn)子支承結(jié)構(gòu)特征320
8.2.1轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特征320
8.2.2承力結(jié)構(gòu)特征323
8.3轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計通用要求及準(zhǔn)則329
8.3.1轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)通用要求329
8.3.2轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計準(zhǔn)則332
8.4轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計流程334
8.5轉(zhuǎn)子運動及旋轉(zhuǎn)慣性載荷336
8.5.1轉(zhuǎn)子運動336
8.5.2旋轉(zhuǎn)慣性載荷337
8.6轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)特性設(shè)計341
8.6.1共振轉(zhuǎn)速分布特性341
8.6.2雙轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速確定345
8.7轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動響應(yīng)特性設(shè)計350
8.7.1轉(zhuǎn)子振動響應(yīng)及支點動載荷350
8.7.2轉(zhuǎn)靜件碰摩激勵轉(zhuǎn)子振動響應(yīng)356
8.8轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計359
8.8.1彎曲剛度非對稱及轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性359
8.8.2轉(zhuǎn)動慣量非對稱及轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性364
8.8.3轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)內(nèi)阻尼激勵及穩(wěn)定性368
8.9支承結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性設(shè)計376
8.9.1軸承激勵特征設(shè)計376
8.9.2軸承支承剛度特性設(shè)計379
8.10轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計輸出381
第9章未來航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度技術(shù)的研究方向及工作原則
9.1航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度工作的重要性383
9.2未來航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度技術(shù)的若干重要研究方向383
9.3未來航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的工作原則387參考文獻(xiàn)389
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航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計 節(jié)選

第1章 緒論 　　航空發(fā)動機(jī)是航空飛行器的動力，對飛行器長時間高性能及安全可靠工作起著至關(guān)重要的作用。1903 年，世界上首次實現(xiàn)有動力飛行之后，活塞式航空發(fā)動機(jī)在20世紀(jì)40年代取得長足發(fā)展并使用至今，但主要是功率在幾百千瓦以下的小發(fā)動機(jī)。20 世紀(jì)中葉以來，燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動機(jī)得到迅猛發(fā)展及廣泛應(yīng)用，其壓氣機(jī)壓比、渦輪前溫度轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、推(功)重比、單位流量推力(功率)、 使用壽命及安全性可靠性等大幅提升，耗油率、噪聲、污染排放及研發(fā)使用成本等顯著降低，已成為當(dāng)今航空發(fā)動機(jī)的主要形式。 　　無論是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)綜合性能的大幅提升，以及近年來對環(huán)境友好燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)提出的苛刻排放及高效率要求，還是今后新構(gòu)型、新循環(huán)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的綜合性新目標(biāo)的實現(xiàn)，都離不開航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度領(lǐng)域的科技進(jìn)步。 　　這里所說的航空發(fā)動機(jī)“結(jié)構(gòu)強(qiáng)度"是指:在航空發(fā)動機(jī)靜態(tài)及動態(tài)高壓氣動載荷、高速旋轉(zhuǎn)件離心力及陀螺力等機(jī)械載荷;在高溫?zé)彷d荷等作用下，航空發(fā)動機(jī)的盤、軸、葉片、機(jī)匣等各類構(gòu)件的剛度(即變形狀況)、靜強(qiáng)度及抗沖擊能力;這些構(gòu)件的振動強(qiáng)度、高周疲勞壽命、低周疲勞壽命、蠕變壽命及持久壽命;航空發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性和整機(jī)振動特性等。 　　航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度工作內(nèi)容很多，主要包括:結(jié)構(gòu)設(shè)計，即確定構(gòu)型及構(gòu)件的形狀尺寸、選擇構(gòu)件材料、制定構(gòu)件制造工藝;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計，即結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗等。本書以強(qiáng)度設(shè)計方面的內(nèi)容為主，以結(jié)構(gòu)、材料、工藝方面的內(nèi)容為輔，其中強(qiáng)度設(shè)計方面又以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計的計算分析方法為主，要求、流程、載荷等為輔，對強(qiáng)度試驗僅關(guān)注其驗證要求。 　　本章簡要介紹航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作所涉及的學(xué)科及領(lǐng)域、應(yīng)遵從的規(guī)范及準(zhǔn)則，以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計方法的發(fā)展和進(jìn)步等，*后說明本書的特點及內(nèi)容安排。 　　1.1 航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計的關(guān)聯(lián)工作 　　航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作當(dāng)然與發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計密不可分。航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)主要有四種基本類型，即渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)、渦輪螺槳發(fā)動機(jī)和渦輪軸發(fā)動機(jī)，均包括壓氣機(jī)、燃燒室(部分還有加力燃燒室)、渦輪、尾噴管等主要部件及一些系統(tǒng)。當(dāng)然，這些部件又有不同形式，如壓氣機(jī)及渦輪有軸流式、離心式(向心式)或組合式，燃燒室有直流式及回流式等。各類壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子或其分段轉(zhuǎn)子均由渦輪轉(zhuǎn)子或?qū)?yīng)的分段轉(zhuǎn)子帶動旋轉(zhuǎn)，渦扇發(fā)動機(jī)中特有的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子及飛機(jī)或直升機(jī)的螺旋槳、旋翼也由相應(yīng)的渦輪轉(zhuǎn)子帶動旋轉(zhuǎn)。 　　無論是哪一類型的航空發(fā)動機(jī)，是大推力/功率還是小推力/功率航空發(fā)動機(jī)，其基本構(gòu)型及各類構(gòu)件形狀可以說是大致相同的。從其剛度、強(qiáng)度、振動、壽命、轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性及整機(jī)振動特性等所涉及的固體力學(xué)、機(jī)械振動學(xué)、氣動力學(xué)、傳熱學(xué)、計算力學(xué)等學(xué)科視角來看，航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作的對象不外乎是高速旋轉(zhuǎn)的軸、盤、葉片及其所形成的轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，通過支板、軸承座來支承轉(zhuǎn)子并傳遞各種載荷的內(nèi)、外機(jī)匣及安裝在機(jī)匣上的靜子葉片等形成的靜子及靜子系統(tǒng)，后者又通過外機(jī)匣與飛行器機(jī)體或短艙機(jī)械連接。雖然各類發(fā)動機(jī)的剛度、強(qiáng)度、振動、壽命、轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性及整機(jī)振動特性等的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計方法沒有本質(zhì)性區(qū)別，然而在使用環(huán)境和使用方法有異的航空發(fā)動機(jī)之間，或同一航空發(fā)動機(jī)的不同結(jié)構(gòu)設(shè)計方案之間，各構(gòu)件的具體受力狀況大不相同，因此其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計的結(jié)果肯定不一樣，甚至差別很大。在滿足使用要求及有關(guān)結(jié)構(gòu)限制條件下，努力尋求結(jié)構(gòu)強(qiáng)度*好的構(gòu)型布局及構(gòu)件形狀尺寸，正是在航空發(fā)動機(jī)研制過程中反復(fù)開展的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作的重要任務(wù)。 　　航空發(fā)動機(jī)的剛度強(qiáng)度、振動、壽命轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性及整機(jī)振動特性等結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作，除與其結(jié)構(gòu)設(shè)計密切相關(guān)外，也與其構(gòu)件選用材料密切相關(guān)。臺航空發(fā)動機(jī)由成千上萬個零件組成，每類零件又采用不同的材料。目前，制造航空發(fā)動機(jī)構(gòu)件的金屬材料主要有結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金、鋁合金、鎂合金等，非金屬材料主要有橡膠、石墨、復(fù)合材料、涂層涂料等。發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)等冷端部件常選用鈦合金、結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼，熱端部件多采用變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末高溫合金，隨著樹脂基、金屬基及陶瓷基復(fù)合材料的制造成熟度逐漸提高，也得到了許多應(yīng)用。隨著航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，對高比強(qiáng)度、高比剛度、耐腐蝕材料及耐更高溫度材料的需求越來越強(qiáng)烈，各類新型材料仍在不斷發(fā)展和應(yīng)用。材料性能包括密度彈性模量、導(dǎo)熱系數(shù)等基本物理參數(shù)，彈性極限、屈服極限、強(qiáng)度極限等強(qiáng)度參數(shù)，以及斷裂、蠕變、持久特性等壽命參數(shù)。對于這些性能參數(shù)的了解與把握不足，就不可能在航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作中正確選擇材料，也不可能獲得*好的剛度、強(qiáng)度、振動、壽命、轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性及整機(jī)振動特性。 　　此外，航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作也與其制造工作密切相關(guān)。每一個構(gòu)件都要分別或聯(lián)合采用質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)性好的鑄造、鍛造、切削加工、增材制造等冷熱工藝生產(chǎn)，以全面符合設(shè)計要求，其中包括對構(gòu)件剛度、強(qiáng)度振動、壽命、轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性及整機(jī)振動特性的要求。顯而易見，發(fā)動機(jī)制造過程中，所有的制造工藝都要穩(wěn)定可控，并努力提高被加工零部件的力學(xué)性能水平。在航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作開展之前，雖然已按嚴(yán)格規(guī)定的試樣狀態(tài)、形狀、尺寸及測試方法獲取了大量精確力學(xué)性能數(shù)據(jù)，并納人航空發(fā)動機(jī)材料性能數(shù)據(jù)手冊及數(shù)據(jù)庫中供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計使用，但很多時候還需要選取已制造零件的不同部位再次取樣，補(bǔ)充測試其力學(xué)性能數(shù)據(jù)，以考慮不同制造工藝對構(gòu)件力學(xué)性能的具體影響，從而保證構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度、振動、壽命、轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性及整機(jī)振動特性等結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計結(jié)果更加準(zhǔn)確。 　　由于篇幅有限，本書對于與航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇及工藝制定雖有涉及但介紹不夠詳細(xì)，請讀者在實際工作中多加注意。另外，從學(xué)科領(lǐng)域來看，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作除了與固體力學(xué)直接相關(guān)外，還與氣動力學(xué)、熱力學(xué)、燃燒學(xué)、計算力學(xué)等密切相關(guān)，書中未能詳細(xì)敘述，讀者必要時可參考相關(guān)資料。 　　1.2 航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計規(guī)范和準(zhǔn)則 　　航空發(fā)動機(jī)行業(yè)早期，過分重視航空發(fā)動機(jī)氣動熱力性能而忽略了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題。經(jīng)過多年的慘痛教訓(xùn)、艱苦探索與細(xì)致研究，在解決新機(jī)研制及舊機(jī)使用中不斷出現(xiàn)的航空發(fā)動機(jī)各類結(jié)構(gòu)強(qiáng)度故障的過程中，航空發(fā)動機(jī)的研制原則發(fā)生了根本性改變。 　　從20世紀(jì)60~70年代開始，逐步形成了航空發(fā)動機(jī)的氣動熱力性能與其結(jié)構(gòu)完整性、可靠性及維修性等并重，提高產(chǎn)品綜合效能的研制指導(dǎo)思想，據(jù)此形成的航空發(fā)動機(jī)通用規(guī)范與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則等是航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品研制和批量生產(chǎn)的重要指導(dǎo)性文件，是航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)完整性、可靠性等技術(shù)要求的有力保障。20世紀(jì)50年代，美國基于渦噴渦扇和渦軸渦槳發(fā)動機(jī)研制、使用過程中積累的經(jīng)驗，編制了《航空發(fā)動機(jī)通用規(guī)范》(MIL-E-5007A)和《渦輪軸和渦輪螺槳發(fā)動機(jī)通用規(guī)范》(MIL-E-8593A)，規(guī)定了對航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)、性能、環(huán)境、完整性、可靠性/維修性、生存力等的要求，其中許多篇幅直接或間接與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作有關(guān)。 　　后來，研究人員根據(jù)航空發(fā)動機(jī)研發(fā)和使用實踐對其進(jìn)行了多次修訂，并將MIL-E-5007A和MIL-E-8593A進(jìn)行融合，發(fā)布了《航空渦噴渦扇渦軸渦槳發(fā)動機(jī)通用規(guī)范》(JSGS- 87231A)等- -系列規(guī)范。英國于20世紀(jì)60年代頒布的通用規(guī)范也幾經(jīng)修訂，英國國防部于21世紀(jì)初發(fā)布了新版DEF STAN 00-970: 11。同樣，我國也于20世紀(jì)80年代分別頒布了《航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)通用規(guī)范》(GJB241-1987)和《航空渦輪螺槳和渦輪軸發(fā)動機(jī)通用規(guī)范》(CJB242-1987)，并在21世紀(jì)初作了修訂，根據(jù)規(guī)范中的結(jié)構(gòu)完整性和可靠性等要求，直接或間接地指導(dǎo)開展航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作。此外，國內(nèi)外適航規(guī)章的相關(guān)部分也具備這種指導(dǎo)作用。 　　更具體地，隨著航空發(fā)動機(jī)剛度強(qiáng)度、振動、壽命、轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性及整機(jī)振動特性等工作的不斷深入開展，美國于1984年以軍用標(biāo)準(zhǔn)的形式頒布了第1版《發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大綱》( ENSIP MIL- STD- 1783)，并于2002年修訂并頒布了第3版《發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大綱》( ENSIP MIL- HDBK - 1783B)。英國羅爾斯.羅伊斯公司(簡稱羅.羅公司)根據(jù)多年研制經(jīng)驗，很早就針對斯貝MK 202發(fā)動機(jī)制定了《斯貝MK 202發(fā)動機(jī)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)( EGD- 3)》，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則、評定標(biāo)準(zhǔn)和分析方法對當(dāng)時的航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作具有具體指導(dǎo)作用。據(jù)悉，俄羅斯中央航空發(fā)動機(jī)研究院多年前就制定了自己的航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則，美歐相關(guān)企業(yè)同樣有自已的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則。 　　我國的航空發(fā)動機(jī)研發(fā)單位也早在多年前就編寫出版了《航空發(fā)動機(jī)強(qiáng)度設(shè)計、試驗手冊》，之后，陸續(xù)以國軍標(biāo)的形式頒布了《航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)完整性指南》(GJB/Z101-1997)，并組織編寫了《航空渦噴、渦扇發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則(研究報告)》包含發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、振動、壽命、轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性及整機(jī)振動特性等內(nèi)容的《航空發(fā)動機(jī)設(shè)計手冊》及《航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計》等。 　　必須指出，航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作遵從發(fā)動機(jī)規(guī)范及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則開展，航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則是對滿足規(guī)范中相關(guān)原則要求的具體量化規(guī)定，是對發(fā)動機(jī)研制、使用過程中所開展的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作豐富經(jīng)驗的不斷總結(jié)提煉，是一個國家或公司技 術(shù)競爭力的重要體現(xiàn)，具體內(nèi)容并未公開。 　　1.3 航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計方法的發(fā)展和進(jìn)步 　　隨著航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計方法不斷發(fā)展進(jìn)步并與其他學(xué)科融合。20世紀(jì)40~ 50年代，在航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作中只需設(shè)計滿足*低安全系數(shù)要求的靜強(qiáng)度并避開共振區(qū)，將構(gòu)件簡化為采用材料力學(xué)方法或其他解析方法就可以處理的軸、盤梁、筒，計算工具是計算尺或手搖計算機(jī)。20世紀(jì)50~60年代，對航空發(fā)動機(jī)壽命有了明確要求，在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作中逐步發(fā)展建立了持久、蠕變和高、低周疲勞的壽命分析模型，開展了安全壽命結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作。 　　隨著電子計算機(jī)技術(shù)及計算力學(xué)的快速發(fā)展，基于彈塑性理論、斷裂力學(xué)及先進(jìn)機(jī)械振動理論等的有限元法及其他數(shù)值分析方法開始在航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計工作中發(fā)揮越來越重要的作用。20世紀(jì)70年代前后，采用有限元分析方法對構(gòu)件進(jìn)行簡化，然后針對二維平面應(yīng)力或平面應(yīng)變問題、軸對稱問題或板殼問題等進(jìn)行分析。經(jīng)過50多年的發(fā)展，隨著計算速度的不斷提高及計算規(guī)模的日益擴(kuò)大，有限元的基礎(chǔ)理論和分析方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，已有能力完全采用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法甚至微觀宏觀耦合方法來處理航空發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計問題。 　　目前，大型商用有限元分析軟件及各類專用軟件基本具備了包括航空發(fā)動機(jī)所有零部件的一/二/三維剛度、強(qiáng)度振動、壽命、轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性及整機(jī)振動特性分析等功能。此外，借助分析能力十分強(qiáng)大的有限元分析軟件，人們不僅可以對單個構(gòu)件及存在應(yīng)力集中的細(xì)節(jié)部位專門展開精細(xì)分析，還可將分析范圍擴(kuò)大到部件乃至整機(jī)，以避免邊界條件模擬不準(zhǔn)確造成的對感興趣部位或構(gòu)件受力狀況的影響。如有必要，甚至還可模擬航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)從制造、裝配到使用全過程的受載及力學(xué)狀況變化歷程，從而獲得十分準(zhǔn)確的時變應(yīng)力、應(yīng)變場。當(dāng)然，也可以模擬從零部件到轉(zhuǎn)、靜子系統(tǒng)乃至整機(jī)的抗沖擊狀況及各類振動狀況隨時間的變化過程。 　　其實，上面所述方法的準(zhǔn)確性不同，計算分析工作量各異，但在航空發(fā)動機(jī)研制的方案設(shè)計、初步(技術(shù))設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計三個不同設(shè)計階段中，以及在研制、使用中排除結(jié)構(gòu)強(qiáng)度故障時，都可發(fā)揮各自特有的作用。-.般原則是在設(shè)計初期采用準(zhǔn)確性不太高但工作量較小的方法，在設(shè)計中、后期及排故分析時，則采用準(zhǔn)確性更高但工作量也更大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計方法。

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