燃氣輪機與航空發(fā)動機的設計優(yōu)化、壽命考核與檢修維護越來越多地用到損傷容限方法,將結構中的裂紋作為研究對象,量化裂紋擴展壽命,在滿足可靠性要求的前提下充分利用潛在的剩余壽命,是一種具有潛力的解決燃氣輪機與航空發(fā)動機研制瓶頸的關鍵技術。本文針對目前三維裂紋擴展模擬技術和理論方法存在的問題,采用理論分析、數(shù)值模擬相結合的研究方法,基于彎折裂紋理論模型建立應力強度因子估算表達式,發(fā)展三維裂紋參數(shù)化建模、擴展模擬方法,并將上述研究成果應用于某渦輪盤的裂紋擴展行為研究,探索關鍵部位的裂紋尺寸與輪盤剩余壽命的聯(lián)系。上述研究對于航空發(fā)動機輪盤損傷容限設計及延壽具有重要的理論意義和工程應用價值。本文主要的研究內(nèi)容如下:（1）基于ANSYS平臺及其APDL參數(shù)化設計語言,結合Matlab平臺,發(fā)展一種基于有限元法的三維裂紋參數(shù)化自動建模與裂紋擴展模擬技術。該技術以鑲嵌裂紋體的方式在結構中插入裂紋,通過裂紋擴展參量計算結果自動更新裂紋體,從而模擬裂紋擴展過程,實現(xiàn)裂紋參數(shù)化建模和自動擴展分析,為分析復雜結構損傷容限提供技術平臺。（2）在裂紋擴展模擬中裂紋前沿局部位置可視為二維彎折裂紋,因此,可通過對二維彎折... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：115 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
符號說明表
第1章 緒論
    1.1 選題背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 裂紋擴展理論方法研究
        1.2.2 裂紋擴展數(shù)值模擬方法研究
        1.2.3 輪盤損傷容限研究
    1.3 本文研究內(nèi)容
第2章 三維裂紋參數(shù)化建模與擴展模擬技術
    2.1 引言
    2.2 裂紋建模與網(wǎng)格劃分
        2.2.1 裂紋體建模
        2.2.2 裂紋體嵌入對象模型
        2.2.3 裂紋前沿網(wǎng)格劃分
    2.3 斷裂參數(shù)與裂紋擴展量計算
        2.3.1 應力強度因子
        2.3.2 裂紋前沿局部擴展方向
        2.3.3 裂紋前沿局部擴展距離
    2.4 裂紋擴展模型的更新
    2.5 本章小結
第3章 基于彎折裂紋的三維裂紋應力強度因子估算方法
    3.1 引言
    3.2 彎折裂紋Ⅰ/Ⅱ型復合應力強度因子估算方法
        3.2.1 平面彎折裂紋理論基礎
        3.2.2 考慮高階項影響的估算公式修正
        3.2.3 數(shù)值計算驗證
        3.2.4 應力場高階項系數(shù)計算方法
        3.2.5 單段彎折裂紋Ⅰ/Ⅱ型應力強度因子估算
        3.2.6 兩段彎折裂紋Ⅰ/Ⅱ型應力強度因子估算
    3.3 彎折裂紋Ⅲ型應力強度因子估算
        3.3.1 反平面彎折裂紋理論基礎
        3.3.2 考慮高階項影響的估算公式修正
n">        3.3.3 修正系數(shù)Mn

        3.3.4 單段彎折裂紋Ⅲ型應力強度因子估算
    3.4 本章小結
第4章 基于彎折裂紋理論的裂紋擴展方法改進
    4.1 引言
    4.2 改進的裂紋擴展量計算方法
        4.2.1 裂紋前沿擴展量計算修正
        4.2.2 裂紋擴展壽命計算
    4.3 裂紋前沿曲線的擬合處理
    4.4 裂紋擴展改進方法驗證
        4.4.1 半橢圓表面裂紋平面擴展
        4.4.2 半圓型表面斜裂紋非平面擴展
    4.5 本章小結
第5章 渦輪盤損傷容限分析
    5.1 引言
    5.2 渦輪盤應力分析
        5.2.1 葉片、輪盤強度分析
        5.2.2 渦輪盤螺栓孔靜強度分析
    5.3 渦輪盤損傷容限分析
        5.3.1 考核部位確定
        5.3.2 子模型處理
        5.3.3 裂紋擴展速率
        5.3.4 渦輪盤裂紋擴展模擬
    5.4 本章小結
第6章 結論與展望
    6.1 主要工作與結論
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 研究展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]三維非平面裂紋擴展參數(shù)化模擬方法[J]. 李宇飛,陶海亮,高慶,譚春青.  航空動力學報. 2017(12)
[2]航空發(fā)動機輪盤概率風險評估方法[J]. 畢蘇藝,孫有朝,李龍彪,陳健,楊坤,侯乃先,曾海軍.  南京航空航天大學學報. 2017(03)
[3]含銷釘孔邊裂紋的某壓氣機輪盤裂紋擴展分析[J]. 張智軒,石多奇,楊曉光.  航空動力學報. 2016(03)
[4]鎳基單晶渦輪葉片榫頭疲勞裂紋擴展壽命研究[J]. 張中奎.  機械強度. 2015(04)
[5]GH4698合金的疲勞裂紋擴展行為[J]. 王歡,袁超,郭建亭,秦鶴勇.  中國有色金屬學報. 2015(01)
[6]考慮表面加工缺陷的輪盤疲勞壽命分析方法[J]. 陸山,李波.  航空發(fā)動機. 2014(05)
[7]航空發(fā)動機渦輪盤裂紋擴展分析[J]. 秦銀雷,魏大盛,王延榮.  航空發(fā)動機. 2010(02)
[8]三維裂紋整體參數(shù)化�；椒╗J]. 唐俊星,陸山.  航空動力學報. 2008(04)
[9]三維裂紋體應力強度因子的計算[J]. 林云,何文軍,丁皓江,顧克秋.  計算結構力學及其應用. 1996(03)
[10]三維裂紋混合型應力強度因子的測定[J]. 吳大方,高鎮(zhèn)同.  北京航空航天大學學報. 1996(03)

博士論文
[1]概率損傷容限分析體系及其關鍵技術的研究[D]. 杜永恩.西北工業(yè)大學 2014
[2]具有傾斜裂紋的CTS試樣三維斷裂行為研究[D]. 齊桂營.哈爾濱工程大學 2011
[3]含夾雜粉末高溫合金渦輪盤裂紋擴展壽命研究[D]. 陳勇.南京航空航天大學 2003

碩士論文
[1]渦輪盤偏心孔概率損傷容限風險評定程序研究[D]. 閆周易.中國民航大學 2016
[2]某GH4169動力渦輪盤裂紋擴展研究[D]. 江有為.浙江大學 2016
[3]某航空發(fā)動機壓氣機葉片疲勞壽命與裂紋擴展的計算模擬[D]. 崔建雷.中國民用航空飛行學院 2015
[4]鎳基單晶葉片榫頭的斷裂特性及接觸性能的影響因素研究[D]. 郜玉芬.西安建筑科技大學 2014



本文編號：3038152

boshi