本文關(guān)鍵詞：某航空發(fā)動機(jī)渦輪盤疲勞可靠性壽命預(yù)測，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《電子科技大學(xué)》 2014年

航空發(fā)動機(jī)渦輪盤疲勞壽命預(yù)測與動態(tài)可靠性分析

張智勝  

【摘要】：作為飛機(jī)的關(guān)鍵部件-心臟,航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)正常工作的動力來源,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)動機(jī)在服役過程中,不斷地起動和停車,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)動機(jī)的使用成本、維護(hù)費(fèi)用及其可靠性等與發(fā)動機(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)動機(jī)乃至飛機(jī)整機(jī)正常服役的重要保障,其主要失效模式為低循環(huán)疲勞失效。推重比、油耗等發(fā)動機(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,這對渦輪盤的可靠性具有很大影響。同時渦輪盤的強(qiáng)度和應(yīng)力的相對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)載荷與工作時間的長短和起始時刻均有關(guān)系,故渦輪盤的可靠性是動態(tài)的。基于以上原因,對渦輪盤進(jìn)行低循環(huán)疲勞壽命預(yù)測和動態(tài)可靠性分析,具有重要的理論意義和工程實(shí)用價值。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)果計算其低循環(huán)疲勞壽命。最后對該渦輪盤進(jìn)行動態(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算模型,根據(jù)載荷譜計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)對渦輪盤進(jìn)行彈塑性應(yīng)力應(yīng)變分析,確定渦輪盤危險部位的應(yīng)力應(yīng)變譜。(2)在對渦輪盤應(yīng)力計算與強(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稱循環(huán)載荷轉(zhuǎn)換為對稱循環(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)果作對比分析。最后考慮多危險部位數(shù)目對輪盤壽命的影響,對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行修正。(3)考慮循環(huán)載荷作用次數(shù)對可靠性的影響,根據(jù)對渦輪盤壽命預(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)載荷多次作用下的時變疲勞可靠性模型,對該渦輪盤進(jìn)行動態(tài)疲勞可靠性分析。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：V232.3
【目錄】：

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