15、带止口螺栓连接转子系统的非线性响应研究

带止口螺栓连接转子系统的非线性响应研究

在航空发动机转子系统中，带止口的螺栓连接是极为常见的连接形式。然而，在复杂载荷作用下，止口界面会出现滑移损伤，影响转子系统的动力学特性。下面我们就来深入探讨这一问题。

研究背景

航空发动机转子系统通常由多个部件通过各种连接方式组装而成。带止口的螺栓连接因具有较高的定心精度和较低的不平衡度，对高速转子十分有利。但在复杂载荷影响下，运行过程中连接界面可能出现滑移损伤，严重威胁转子系统的安全与稳定。因此，研究运行过程中界面的滑移损伤及其对转子系统动力学特性的影响至关重要。

此前，众多学者对连接接触状态和接头力学特性进行了大量研究。例如，Matthew将螺栓连接的整个滑移过程分为四个阶段；Gaul发现界面接触状态随载荷增加从微滑逐渐变为宏滑；Marshall用非侵入式超声技术量化螺栓连接中的接触压力分布；Iwan模型成为解释接触界面非线性力学行为的常用现象学模型。此外，还有学者对螺栓连接的本构方程、刚度、动力学模型等方面进行了研究。不过，针对带止口螺栓连接的研究相对较少。

止口界面滑移损伤的力学模型

止口界面滑移的分布函数

止口界面通常存在一定的过盈量以实现不同部件的定心。假设止口界面的法向接触应力分布为：
[P(d) = P_{min} + (P_{max} - P_{min})\frac{d^2}{D^2}]
其中，(D) 是止口界面的轴向长度，(P_{max}) 和 (P_{min}) 分别是止口界面法向接触应力的最大值和最小值，(d) 表示界面处的轴向位置。

不同位置可提供的最大摩擦力为：
[\tau(d) = \mu\le