本文關(guān)鍵詞：外物損傷對(duì)風(fēng)扇葉片高循環(huán)疲勞強(qiáng)度的影響及預(yù)測(cè)

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【摘要】：外物損傷(Foreign Object Damage,FOD)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中由于吸入硬物小顆粒而導(dǎo)致風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片被沖擊形成凹坑、缺口等的一種常見機(jī)械損傷。FOD損傷極易導(dǎo)致在工作過程狀態(tài)下承受著高頻振動(dòng)載荷的風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片提前發(fā)生高循環(huán)疲勞(High Cycle Fatigue,HCF)斷裂失效,嚴(yán)重影響飛機(jī)的安全使用性。采用實(shí)驗(yàn)室模擬的方法對(duì)風(fēng)扇葉片F(xiàn)OD進(jìn)行損傷特征研究,進(jìn)而研究FOD損傷對(duì)風(fēng)扇葉片的HCF強(qiáng)度影響規(guī)律及預(yù)測(cè),對(duì)提高風(fēng)扇葉片F(xiàn)OD損傷容限能力具有重要指導(dǎo)意義。本文針對(duì)以上問題,選用了風(fēng)扇葉片常用TC4鈦合金,設(shè)計(jì)和加工了具有風(fēng)扇葉片幾何特征的平板試樣和前緣試樣,較為系統(tǒng)的研究了FOD損傷特征及FOD損傷相關(guān)各種因素對(duì)損傷葉片的HCF強(qiáng)度的影響規(guī)律。主要工作和結(jié)論如下:(1)對(duì)FOD損傷使航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片HCF強(qiáng)度降低的問題進(jìn)行了國內(nèi)外研究情況調(diào)研和綜述。介紹了FOD損傷實(shí)驗(yàn)室模擬方法和數(shù)值模擬方法,以及FOD損傷對(duì)風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片的HCF強(qiáng)度影響研究方法。結(jié)果表明:壓縮空氣炮法是最接近外場(chǎng)實(shí)際發(fā)生FOD損傷的模擬辦法,國內(nèi)在FOD損傷試驗(yàn)研究較少,特別是FOD損傷對(duì)風(fēng)扇葉片的HCF強(qiáng)度影響研究。(2)采用壓縮空氣炮臺(tái)發(fā)射3mm鋼球在300m/s速度以不同沖擊角度沖擊平板試樣和前緣試樣來對(duì)FOD進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬,并對(duì)FOD損傷進(jìn)行了損傷特征研究。結(jié)果表明:沖擊凹坑損傷的應(yīng)力集中系數(shù)小于沖擊缺口損傷的應(yīng)力集中系數(shù);沖擊凹坑損傷周圍的殘余應(yīng)力數(shù)值比沖擊缺口周圍殘余應(yīng)力數(shù)值大;FOD損傷周圍由于高速?zèng)_擊產(chǎn)生了絕熱剪切損傷。(3)對(duì)TC4鈦合金光滑試樣、加工缺口試樣及FOD損傷試樣采用逐步加載的方法進(jìn)行了HCF強(qiáng)度測(cè)試,并對(duì)部分FOD損傷試樣進(jìn)行了真空去應(yīng)力退火,然后再采用相同的逐步加載測(cè)試方法測(cè)試了HCF強(qiáng)度,通過傳統(tǒng)的疲勞缺口公式(Peterson)對(duì)FOD損傷試樣的疲勞缺口系數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè),采用電子掃描顯微鏡對(duì)FOD損傷試樣疲勞斷口進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:本文中所選用的TC4鈦合金HCF強(qiáng)度值與航空材料手冊(cè)中所給值差別較大,加工缺口試樣疲勞缺口系數(shù)隨著應(yīng)力比增大而降低;FOD損傷導(dǎo)致試樣的HCF強(qiáng)度下降非常明顯,沖擊缺口HCF強(qiáng)度下降程度大于沖擊凹坑HCF強(qiáng)度,沖擊凹坑損傷的危險(xiǎn)角度為60°,沖擊凹坑損傷的危險(xiǎn)角度為75°,沖擊凹坑損傷HCF強(qiáng)度下降最大為57%,沖擊缺口損傷HCF強(qiáng)度下降最大為73%;沖擊速度改變對(duì)模擬沖擊缺口FOD損傷影響較小,隨著沖擊速度增加沖擊缺口FOD損傷HCF強(qiáng)度下降程度略有增加;殘余應(yīng)力對(duì)于沖擊凹坑FOD損傷影響比對(duì)沖擊缺口FOD損傷大,去除殘余應(yīng)力后的沖擊凹坑損傷的試樣HCF強(qiáng)度增加而沖擊缺口損傷的試樣HCF強(qiáng)度下降;加載應(yīng)力比R增加,FOD損傷試樣的HCF強(qiáng)度下降程度略有減小;采用Peterson疲勞缺口公式預(yù)測(cè)FOD損傷試樣的疲勞缺口系數(shù)誤差較大;FOD損傷試樣疲勞裂紋的萌生區(qū)在沖擊損傷的表面或者亞表面,沖擊形成的微裂紋、空洞將有利于裂紋的萌生以及擴(kuò)展。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V231.95

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 包珍強(qiáng);胡緒騰;宋迎東;;不同沖擊角度外物損傷對(duì)TC4鈦合金高循環(huán)疲勞強(qiáng)度的影響[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2015年09期

2 康繼東,陳士煊,徐志懷,饒新陽;壓氣機(jī)葉片外物損傷及其維修性的研究進(jìn)展[J];燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究;1998年01期

3 喬文逍 ,熊昌炳;航空發(fā)動(dòng)機(jī)外物損傷試驗(yàn)技術(shù)研究[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);1990年03期

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本文編號(hào)：1292438