航空發(fā)動機渦輪葉片的強度分析和壽命預測.pdf

1、對渦輪葉片疲勞壽命的研究一直是航空發(fā)動機結構強度領域的熱點。隨著發(fā)動機性能的不斷提高，渦輪葉片的工作溫度越來越高，承受的載荷越來越復雜，疲勞失效的概率也越來越大，為了保證飛機和發(fā)動機在服役期間的安全性和可靠性，迫切需要對渦輪葉片的強度進行校核和壽命進行預測。本文采用理論分析和數值模擬的方法，對某民航發(fā)動機渦輪葉片的強度和壽命進行了研究。論文的主要工作和取得的主要成果如下：
　?。?）針對某民航發(fā)動機的7組起落循環(huán)實測載荷數據，對轉

2、速循環(huán)譜采用幅度法統計了各個峰谷值的循環(huán)次數，對排氣溫度譜采用區(qū)間法統計了各個溫度區(qū)間的持續(xù)時間，在分析次循環(huán)對發(fā)動機壽命的影響時，對一些高頻次、影響小的次循環(huán)數據當作無效值進行了去除，最終得到了該航空發(fā)動機的實際工作載荷譜。此載荷譜是該型發(fā)動機強度分析和壽命預測的基礎。
　　（2）為更加真實反映渦輪葉片的受力狀態(tài)，利用ANSYS軟件進行了熱力耦合計算，得到了渦輪葉片在離心、溫度及氣動三種載荷聯合作用下的應力應變分布規(guī)律。結果表明

3、，葉身根部的吸力面為葉片疲勞失效的危險點，葉片的應力和應變均滿足設計要求。所得到的計算結果為渦輪葉片疲勞壽命的預測準備了條件。
　　（3）由于榫頭榫槽接觸應力復雜，對其按照考慮摩擦和不考慮摩擦兩種情況進行了接觸有限元分析。結果表明，摩擦系數對接觸應力影響不大，而對接觸表面的切向應力影響較大，呈增大趨勢，應該對摩擦系數加以控制。
　?。?）通過對渦輪葉片受載環(huán)境的分析，得出渦輪葉片的疲勞壽命是指其低周疲勞壽命。在充分考慮壽命影

4、響因素的情況下，對Morrow修正公式中的疲勞強度系數和疲勞強度指數進行修正，建立了渦輪葉片低周疲勞壽命預測模型。通過前述應力應變的計算結果和材料的疲勞特性，分別選用 S-N曲線法和所建立的壽命預測模型，計算了渦輪葉片在各個工作狀態(tài)下的疲勞壽命，用兩種不同的方法得到的結果基本相同，表明所建立的葉片低周疲勞壽命模型是可靠合理的。同時，應用所建立的低周疲勞壽命預測模型和蠕變持久方程對在葉身上選取的5個考核點進行了疲勞/蠕變壽命預測。結果表明