高稳定性轮辐式弹性环设计方法及静/动刚度特性研究

杨廷昭; 王永锋; 邓旺群; 杨海; 刘文魁; 洪杰

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.002

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高稳定性轮辐式弹性环设计方法及静/动刚度特性研究

·振动·噪声·监测·诊断· | 更新时间：2026-06-16

- 高稳定性轮辐式弹性环设计方法及静/动刚度特性研究
- Research on design method of high-stability spoke-type elastic ring and its static/dynamic stiffness characteristics
- 机械强度 2026年48卷第6期页码：10-18
- 作者机构：
  
  1.北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京 100083
  2.中国航发湖南动力机械研究所，株洲 412002
  3.中国航空发动机集团航空发动机振动技术重点实验室，株洲 412002
- 作者简介：
  
  杨廷昭，男，1999年生，甘肃白银人，硕士研究生；主要研究方向为转子动力学及振动控制；E-mail：3521227708@qq.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52205082;52075018)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.002
  中图分类号： V231.96
- 收稿：2024-10-10，
  
  修回：2024-10-26，
  
  纸质出版：2026-06-15
- 稿件说明：
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杨廷昭，王永锋，邓旺群，等. 高稳定性轮辐式弹性环设计方法及静/动刚度特性研究［J］. 机械强度，2026，48（6）：10-18.

YANG Tingzhao，WANG Yongfeng，DENG Wangqun，et al. Research on design method of high-stability spoke-type elastic ring and its static/dynamic stiffness characteristics［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：10-18.
杨廷昭，王永锋，邓旺群，等. 高稳定性轮辐式弹性环设计方法及静/动刚度特性研究［J］. 机械强度，2026，48（6）：10-18. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.002.

YANG Tingzhao，WANG Yongfeng，DENG Wangqun，et al. Research on design method of high-stability spoke-type elastic ring and its static/dynamic stiffness characteristics［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：10-18. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.002.

摘要

目的

针对航空发动机凸台式弹性环支承结构大载荷下易出现刚度非线性、周向刚度波动大的问题，开展高力学稳定性轮辐式弹性环设计方法与静/动刚度特性研究，解决经典结构支承稳定性不足的工程痛点。

方法

首先，提出新型轮辐式弹性环结构方案与力学模型，识别关键设计参数，建立标准化设计流程，为结构方案设计提供支撑；其次，建立基于Ansys软件的弹性环静/动刚度仿真方法，掌握关键结构参数对刚度特性的影响规律，实现参数优化选取；最后，搭建静刚度测试系统，开展多工况刚度特性试验研究，验证结构性能与仿真方法的准确性。

结果

结果表明，新型轮辐式弹性环周向刚度波动不超过1.7%，周向均匀性远优于经典结构；0~500 Hz动载荷激励下，动刚度变化控制在1.5%以内，无刚度突变；大载荷下无刚度非线性特征，刚度仿真与试验结果误差小于5%，可为转子支承系统设计提供参考。

Abstract

Objective

Aiming at the problems of stiffness nonlinearity and large circumferential stiffness fluctuation of the traditional boss-type elastic ring support structure for aero-engines under large loads

the design method and static/dynamic stiffness characteristics of a novel spoke-type elastic ring with high mechanical stability were studied

to solve the engineering pain point of insufficient support stability of the traditional structure.

Methods

Firstly

a structural scheme and mechanical model of the novel spoke-type elastic ring were proposed

the key design parameters were identified

and a standardized design process was established to support the structural scheme design. Secondly

a static/dynamic stiffness simulation method for the elastic ring based on Ansys software was established

the influence law of key structural parameters on stiffness characteristics was mastered

and the optimal selection of parameters was realized. Finally

a static stiffness test system was built

and multi-condition stiffness characteristic tests were carried out to verify the structural performance and the accuracy of the simulation method.

Results

The results show that the circumferential stiffness fluctuation of the novel spoke-type elastic ring is no more than 1.7%

and its circumferential uniformity is much better than that of the traditional structure; under the dynamic load excitation of 0-500 Hz

the variation of dynamic stiffness can be controlled within 1.5% without sudden stiffness change; no stiffness nonlinearity occurs under large load conditions

and the relative error between the stiffness simulation and test results is less than 5%

which can provide a reference for the design of aero-engine rotor support systems.

关键词

Keywords

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