航空發(fā)動機渦輪盤疲勞壽命預測與動態(tài)可靠性分析.pdf

1、作為飛機的關鍵部件-心臟,航空發(fā)動機是飛機正常工作的動力來源,是由數(shù)量繁多的零部件組成的結(jié)構(gòu)復雜的系統(tǒng),在飛機中的地位十分重要。發(fā)動機在服役過程中,不斷地起動和停車,使其各部件受到復雜的循環(huán)載荷作用,十分容易出現(xiàn)疲勞失效、蠕變/斷裂等故障,從而在很大程度上威脅著飛機工作的安全性。
　　航空發(fā)動機的使用成本、維護費用及其可靠性等與發(fā)動機的斷裂關鍵部件-渦輪盤息息相關,渦輪盤的正常工作是發(fā)動機乃至飛機整機正常服役的重要保障,其主要失效

2、模式為低循環(huán)疲勞失效。
　　推重比、油耗等發(fā)動機的性能要求隨航空工業(yè)的發(fā)展日益提高,使作用于渦輪盤的應力和溫度載荷愈加嚴酷,同時要求更高的安全性。作用于渦輪盤的載荷是隨機非唯一的,即隨機載荷的作用次數(shù)是多次的,這對渦輪盤的可靠性具有很大影響。同時渦輪盤的強度和應力的相對大小亦是其可靠性的重要影響因素。多次作用于渦輪盤的隨機載荷與工作時間的長短和起始時刻均有關系,故渦輪盤的可靠性是動態(tài)的?；谝陨显?對渦輪盤進行低循環(huán)疲勞壽命預測

3、和動態(tài)可靠性分析,具有重要的理論意義和工程實用價值。
　　本文主要考慮離心載荷(輪盤和葉片)和溫度載荷的影響,對渦輪盤進行應力應變分析,根據(jù)熱彈塑性有限元分析結(jié)果計算其低循環(huán)疲勞壽命。最后對該渦輪盤進行動態(tài)可靠性分析。本文主要由以下三部分內(nèi)容組成:
　　(1)根據(jù)幾何數(shù)據(jù)建立渦輪盤三維模型,在此基礎上建立渦輪盤有限元計算模型,根據(jù)載荷譜計算渦輪盤的離心載荷,確定溫度場,結(jié)合渦輪盤的材料參數(shù)對渦輪盤進行彈塑性應力應變分析,確定

4、渦輪盤危險部位的應力應變譜。
　　(2)在對渦輪盤應力計算與強度分析的基礎上,確定渦輪盤的應力集中系數(shù),將作用于其上的非對稱循環(huán)載荷轉(zhuǎn)換為對稱循環(huán)載荷,利用名義應力法中的S-N曲線法擬合渦輪盤的疲勞壽命曲線進行疲勞壽命分析。確定渦輪盤的局部應力應變和疲勞性能參數(shù),應用局部應力應變法中的Morrow修正模型和Mason-Coffin修正模型對該渦輪盤進行壽命預測,并與名義應力法的結(jié)果作對比分析。最后考慮多危險部位數(shù)目對輪盤壽命的影響

5、,對預測結(jié)果進行修正。
　　(3)考慮循環(huán)載荷作用次數(shù)對可靠性的影響,根據(jù)對渦輪盤壽命預測的分析結(jié)果,結(jié)合GH4133B材料的疲勞特性,對渦輪盤的疲勞壽命分布函數(shù)進行擬合。在傳統(tǒng)應力-強度干涉模型的基礎上,引入條件疲勞可靠度,利用全概率公式,建立渦輪盤在確定載荷和隨機載荷單次以及隨機載荷多次作用下的可靠性模型,對相應情況下渦輪盤的疲勞可靠性進行分析。并在此基礎上,利用隨機統(tǒng)計量中泊松分布記數(shù)過程的概率特性,建立渦輪盤在隨機載荷多次