某直升机主桨毂整流罩安装支座优化设计,本文是优化设计类专科毕业论文范文和毂和优化设计和整流方面论文写作资料范文.
优化设计论文参考文献：
摘 要：某型机试飞过程中出现异常振动,降落后检查发现主桨毂整流罩安装支座底部焊接处撕裂,整流罩及整流罩安装支座焊接处以上的零部件脱落.通过断口分析、工艺分析及安装支座工作原理分析,明确了整流罩安装支座撕裂飞脱的故障原因,对安装支座结构及焊接工艺进行了优化设计,经外场使用验证,优化措施有效.
关键词：主桨毂;整流罩安装支座;优化设计
中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2018.29.098
1引言
某型机试飞过程中出现异常振动,降落后检查发现主桨毂整流罩安装支座底部焊接处撕裂,整流罩及整流罩安装支座焊接处以上的零部件脱落.论文通过断口分析、工艺分析及安装支座工作原理分析,明确了整流罩安装支座撕裂飞脱的故障原因,对安装支座结构及焊接工艺进行了优化设计,经外场使用验证,优化措施有效.
2故障原因分析
结合下垂限动器工作原理,通过故障现象和理论分析,明确故障的发生机理.
2.1故障描述
某型机试飞过程中出现异常振动,降落后检查发现主桨毂整流罩安装支座底部焊接处撕裂,整流罩及整流罩安装支座焊接处以上的零部件脱落.图1为整流罩安装支座撕裂飞脱故障图.
2.2安装支架结构及工作原理分析
整流罩安装支座通过底部安装平面安装在主轴大螺母上,上部通过螺栓与整流罩支撑件连接,整流罩安装支座主要功能是抬高整流罩支撑件及整流罩的安装位置,以实现整流罩的正确安装,通过安装支座的结构及工作原理分析,整流罩安装支座在直升机飞行过程中主要承受整流罩的气动载荷和直升机振动引起的振动载荷.图2为整流罩安装支座装配图.
主桨毂整流罩安装支座采用焊接工艺,选用焊接性能良好的2mm厚度防锈铝合金5A06板材（易进行氩弧焊、气焊及点焊）,由三部分组成：上、下支撑件各为一圆环形板材,中间是焊接而成的圆筒,圆筒与上、下两部分通过角接形式焊接连接.如图3所示.
2.3断口分析
对整流罩安装支座残留的下支撑件进行目视检查,可以发现该下支撑件存在很严重的变形,再通过对断口理化分析结果显示,安装支座残留部分瞬断区长度为183mm,对应圆心角为93度.使用有限元法分析在该载荷下,剩余焊缝长度为183mm区域的应力情况.桨毂整流罩启动载荷见表1.
建立有限元模型如图4所示,在焊缝上下分别建立独立的模型,在瞬断区对应183mm长度进行自由度耦合（图中浅绿标）,以模拟未断裂的区域.在腰形孔螺栓垫片处施加位移约束.
使用线性静力分析,得到安装支座应力云图（见图5）,绘制剩余长度93度范围焊缝部位的应力周向分布（见图6）.可见在剩余焊缝区域所有单元应力超过材料强度极限319MPa.因此,在气动载荷和振动载荷下,剩余焊缝区将发生静强度破坏.
故障定位：通过断口分析结果,故障件在裂纹初始区域存在未焊透现象,焊缝未焊透处在交变载荷作用下产生疲劳裂纹,其后疲劳裂纹在交变载荷作用下快速扩展,与此同时,裂纹扩展导致安装支座及其上部整流罩在高速旋转过程中偏心,产生不平衡力,加速了安装支座在此处的快速撕裂,最终导致整流罩安装支座上部所有部件的飞脱.
2.4焊接工艺分析
整流罩安装支座焊缝等级为,飞脱部位焊缝结构形式采用外角接接头型式（见图7）.外角接接头型式相比对接接头型式有如下特点：
（1)角接接头相比对接接头（如图8）传力线受干扰大,在角焊缝部位产生应力集中系数大,并且角焊缝受复杂的应力,有拉应力、压应力、剪切应力、弯曲应力和复合应力,很大程度降低了结构的疲劳强度；
（2)外角接接头不宜承受弯曲应力,产生层状撕裂倾向最大；
（3)外角接焊缝中产生的气孔、夹渣、未焊透等缺陷都是潜在的疲劳源.这些缺陷在受力过程中都可能引起断裂失效；
（4)外角接焊缝只能检查焊缝表面,对未焊透等内部缺陷无法判断.
整流罩安装支座失效部位为外角接焊缝接头形式,角焊接形式存在焊接操作困难,焊接热能传递不均匀,易产生未焊透等缺陷,且未焊透等内部缺陷无法进行X射线检查；安装支座焊缝区域为应力集中部位,易造成疲劳裂纹,且该焊缝存在未焊透缺陷,最终导致整流罩安装支座从焊缝处撕裂飞脱.
3安装支座设计优化
根据故障原因分析,导致主桨毂整流罩安装支座撕裂飞脱的主要原因是焊缝存在未焊透初始缺陷,焊缝未焊透处在交变载荷作用下产生疲劳裂纹,其后疲劳裂纹在交变载荷作用下快速扩展,与此同时,裂纹扩展导致安装支座及其上部整流罩在高速旋转过程中偏心,产生不平衡力,加速了安装支座在此处的快速撕裂,为此对整流罩安装支座的结构及制造工艺进行设计优化.
3.1结构优化
结合该安装支座功能、安装要求,提出改进方案如下：
（1）将安装支座下支撑件进行更改,改进后的整流罩安装支座的下支撑件接口与改进前相同,不影响装配及其功能的实现,由于下支撑件焊接位置上移40mm（见图11）,对于由整流罩传递而来的气动载荷来说,力臂减少约20%,可以改善焊接件的受力状况.改进前、后下支撑件如图9和图10所示.
（2）将中部支撑件高度减小了,使得整流罩安装支座高度由原来的190mm减小为135mm（见图11）.首先对于由整流罩传递而来的气动载荷来说,力臂在减少约20%基础上再减少约35%,力臂接近减小为原来的50%,改善焊接件的受力状况.通过三维数模运动分析,整流罩高度降低不会和其他运动部件干涉,在极端状态下仍有约30mm的间隙；最后整流罩安装支座高度减少会增强整流罩对基本飞行性能的影响,根据理论估算,主旋翼桨毂整流罩高度下降会减小全机总阻力约1%,从而增强部分飞行性能,若拆除整流罩将增大全机总阻力2%.各状态性能估算结果见表2.
3.2工艺优化
根据焊接工艺分析,为了保证焊缝质量,采取以下优化措施：
（1）更严格控制焊接工艺过程,减少过程不受控导致缺陷的可能性.
（2）更改焊接形式,针对该故障角焊存在未焊透且不易开展目视检查及X射线检验的缺点,将角焊更改为对焊；对焊操作相对简单,焊接质量较好,且可以进行目视检查及X射线检查.
（3）强化质量检验,将原定默认焊缝接头等级提升至二级,图纸中明确对焊缝进行100%X射线检验,这样确保装机产品不存在初始缺陷.
3.3改进方案焊缝强度计算
（1）静强度.下支撑件外径：D等于228mm,内径:d等于224mm,则：
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4结论
本文通过整流罩安装支座撕裂飞脱故障,从结构设计、制造工艺及工作原理三方面进行了剖析,定位了故障产生的原因,并针对故障发生的原因从结构和制造工艺两方面进行优化设计.设计优化后的整流罩安装支座在三架返修的直升机主桨毂上进行了装机验证,使用一年多以来,未再发生该故障,表明优化措施切实有效.后续外场其他飞机贯彻改进后,消除了安装支座的故障隐患的同时有效地提高了飞机出勤率,减少了维护费用.
参考文献
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总结，此文是适合不知如何写毂和优化设计和整流方面的优化设计专业大学硕士和本科毕业论文以及关于优化设计论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.
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