本文關鍵詞：某GH4169動力渦輪盤裂紋擴展研究

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【摘要】：本文利用有限元分析軟件ANSYS和三維裂紋擴展分析軟件FRANC3D,通過裂紋擴展仿真計算和低循環(huán)疲勞試驗相結(jié)合的方法,研究某GH4169動力渦輪盤關鍵部位預制裂紋的擴展過程,為該輪盤損傷容限設計方法研究提供依據(jù)。本文主要研究工作內(nèi)容如下：(1)采用損傷容限設計方法,確定某動力渦輪盤裂紋擴展過程研究方案。根據(jù)某渦軸發(fā)動機真實工況,折算出旋轉(zhuǎn)試驗臺上的試驗轉(zhuǎn)速和試驗溫度。對該渦輪盤進行應力狀態(tài)分析,將其中心孔、偏心孔作為裂紋擴展過程的考核部位。確定初始缺陷的位置及預制方法,選擇合適的無損檢測方法和低循環(huán)疲勞試驗檢查間隔。(2)采用Franc3D軟件分析偏心孔和中心孔處的裂紋擴展速率。插入長度為0.15mm的初始裂紋,計算中心孔徑向、偏心孔徑向(內(nèi)、外)與周向的裂紋擴展過程,直至裂紋尖端應力強度因子達到材料的斷裂韌度。發(fā)現(xiàn)裂紋擴展速率的由快到慢的排序為：偏心孔徑向(向內(nèi))偏心孔徑向(向外)中心孔徑向偏心孔周向。繪制出各部位的α～N曲線和ΔK～a曲線,觀察裂紋擴展路徑。(3)使用立式旋轉(zhuǎn)試驗臺,開展該動力渦輪盤的低循環(huán)疲勞試驗。根據(jù)仿真計算結(jié)果,在輪盤偏心孔與中心孔處預制14個小缺口。每間隔一定的循環(huán)次數(shù),取下輪盤進行無損檢測。當輪盤發(fā)生爆裂時,切下斷口,在電子顯微鏡下對斷口進行分析,根據(jù)斷口確定的da/dN～a曲線,并且與仿真計算進行對比。研究結(jié)果表明：輪盤偏心孔徑向(向內(nèi))、中心孔徑向、偏心孔周向的裂紋擴展速率依次減��；采用裂紋長度等效方法計算得到的裂紋擴展速率在裂紋擴展初期與試驗結(jié)果有很好的符合性；仿真計算能較好的給出裂紋前沿擴展尺寸和形狀；裂紋擴展后期的數(shù)據(jù)表明,計算結(jié)果略顯保守；不同部位處裂紋擴展速率計算結(jié)果與試驗結(jié)果基本一致。采用在大應力區(qū)域預制裂紋,結(jié)合數(shù)值仿真計算,使用立式旋轉(zhuǎn)試驗臺,開展某動力渦輪盤裂紋擴展速率的研究在國內(nèi)尚屬首次,希望本文的研究可以為今后深入開展航空發(fā)動機輪盤損傷容限設計方法研究提供有效手段。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V231.9

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本文編號：1274302