航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤疲勞壽命預(yù)測與動(dòng)態(tài)可靠性分析.pdf

1、作為飛機(jī)的關(guān)鍵部件-心臟,航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)正常工作的動(dòng)力來源,是由數(shù)量繁多的零部件組成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng),在飛機(jī)中的地位十分重要。發(fā)動(dòng)機(jī)在服役過程中,不斷地起動(dòng)和停車,使其各部件受到復(fù)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(jī)工作的安全性。
　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)的使用成本、維護(hù)費(fèi)用及其可靠性等與發(fā)動(dòng)機(jī)的斷裂關(guān)鍵部件-渦輪盤息息相關(guān),渦輪盤的正常工作是發(fā)動(dòng)機(jī)乃至飛機(jī)整機(jī)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(dòng)機(jī)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(yīng)力和溫度載荷愈加嚴(yán)酷,同時(shí)要求更高的安全性。作用于渦輪盤的載荷是隨機(jī)非唯一的,即隨機(jī)載荷的作用次數(shù)是多次的,這對(duì)渦輪盤的可靠性具有很大影響。同時(shí)渦輪盤的強(qiáng)度和應(yīng)力的相對(duì)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(jī)載荷與工作時(shí)間的長短和起始時(shí)刻均有關(guān)系,故渦輪盤的可靠性是動(dòng)態(tài)的?；谝陨显?對(duì)渦輪盤進(jìn)行低循環(huán)疲勞壽命預(yù)測

3、和動(dòng)態(tài)可靠性分析,具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)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(duì)渦輪盤進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析,根據(jù)熱彈塑性有限元分析結(jié)果計(jì)算其低循環(huán)疲勞壽命。最后對(duì)該渦輪盤進(jìn)行動(dòng)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(chǔ)上建立渦輪盤有限元計(jì)算模型,根據(jù)載荷譜計(jì)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(duì)渦輪盤進(jìn)行彈塑性應(yīng)力應(yīng)變分析,確定

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

5、,對(duì)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行修正。
　　(3)考慮循環(huán)載荷作用次數(shù)對(duì)可靠性的影響,根據(jù)對(duì)渦輪盤壽命預(yù)測的分析結(jié)果,結(jié)合GH4133B材料的疲勞特性,對(duì)渦輪盤的疲勞壽命分布函數(shù)進(jìn)行擬合。在傳統(tǒng)應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型的基礎(chǔ)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(jī)載荷單次以及隨機(jī)載荷多次作用下的可靠性模型,對(duì)相應(yīng)情況下渦輪盤的疲勞可靠性進(jìn)行分析。并在此基礎(chǔ)上,利用隨機(jī)統(tǒng)計(jì)量中泊松分布記數(shù)過程的概率特性,建立渦輪盤在隨機(jī)載荷多次