[发明专利]一种钢环式弹性支承结构刚度优化设计方法

摘要

本发明提出一种钢环式弹性支承结构刚度优化设计方法，采用仿真与理论相结合的方法对钢环刚度进行设计，提出一种刚度单元法准确、便捷地计算钢环刚度。将钢环考虑成几个弹性单元的组合，每个弹性单元由一个内凸台以及相邻两个二分之一外凸台所组成。如果将整个钢环刚度视作K，而每个弹性单元刚度记作k，钢环对于轴的支承刚度可以视作是总弹簧(刚度为K)对轴的独立支承或者可以视作一组弹簧(刚度为k)对轴的组合支承，再通过能量相等列写平衡方程推导出整体刚度与单元刚度的关系，最终结合有限元仿真求得弹性单元刚度，进而求得钢环整体刚度。此方法实施简单，计算结果可靠，可以很好地满足航空发动机转子弹性支承结构的设计要求。

主权项

1.一种钢环式弹性支承结构刚度优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，确定初选参数；对于不考虑油膜力的钢环设计，钢环径向刚度由以下公式获得：其中Dm＝(D1+D2)/2   (6)H＝Δ+s   (7)式中，m为凸台数；L为钢环轴向长度；E为弹性模量；s为壁厚；Δ为凸台高度；b1为凸台长度；d为凸台根部倒圆直径；D1、D2分别为内外凸台表面直径；根据实际设计要求以及理论公式(4)，初步选取参数；步骤二，刚度单元法确定准确参数；根据设计要求K和整体钢环刚度与弹性单元刚度的关系，得到弹性单元的目标刚度kd，然后利用有限元软件仿真计算弹性单元刚度；对弹性单元内侧中间凸台施加竖直向下的载荷F，同时对弹性单元外侧两凸台进行固定约束，求解得到弹性单元的位移x，依据广义胡克定律式(8)得到弹性单元刚度k；在初选参数的基础上通过优化设计改变钢环结构参数，使得k＝kd，此时认为钢环刚度满足设计要求，优化后的结构参数即为最终设计参数。