【摘要】：航空事業(yè)的飛速發(fā)展使得對于航空發(fā)動機(jī)及其主要構(gòu)件渦輪葉片提出更高的要求。航空發(fā)動機(jī)是飛行器的心臟,其壽命和可靠性能否得到保證貫穿飛行器整個壽命周期,渦輪葉片作為主要的動力輸出部件,為使其在高溫、高壓、高速氣流下的強(qiáng)度及疲勞壽命得到保證,對渦輪葉片的疲勞損傷的預(yù)測及疲勞壽命的計(jì)算是問題的關(guān)鍵。由于其復(fù)雜的工作環(huán)境導(dǎo)致其載荷與材料都具有一定的不確定性,為更準(zhǔn)確的評估渦輪葉片的疲勞壽命,開展渦輪葉片疲勞可靠性的計(jì)算是目前保障航空發(fā)動機(jī)系統(tǒng)可靠性的重要技術(shù)手段。本文基于渦輪葉片長期處于高溫工作環(huán)境中的實(shí)際情況,建立內(nèi)部帶有冷卻通道設(shè)計(jì)的渦輪葉片結(jié)構(gòu)模型。并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行渦輪葉片強(qiáng)度分析和疲勞壽命計(jì)算,考慮載荷的隨機(jī)性,開展航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片的疲勞可靠性研究。(1)以某型渦輪葉片為工程背景,建立渦輪葉片的有限元模型以及內(nèi)外流場域。模擬了渦輪葉片的真實(shí)工作環(huán)境,進(jìn)行流場的分析計(jì)算,將流場分析結(jié)果作為輸入,進(jìn)行葉片流-熱-固的單向耦合計(jì)算,給出渦輪葉片工作時的溫度分布云圖以及壓力分布云圖,分析了渦輪葉片工作過程中的最大應(yīng)力和最大變形。(2)根據(jù)航空發(fā)動機(jī)的工作特性,考慮多種工作循環(huán)狀態(tài)下,開展離心載荷、溫度載荷和氣動載荷共同作用時渦輪葉片的疲勞分析,得到不同工況下渦輪葉片的疲勞壽命以及疲勞損傷值。根據(jù)Miner線性理論,計(jì)算出渦輪葉片總損傷,并估算渦輪葉片的疲勞壽命。(3)以轉(zhuǎn)速、燃?xì)鉁囟群屠鋮s液溫度作為隨機(jī)輸入變量,以有限元計(jì)算出葉片的損傷值作為輸出響應(yīng),采用響應(yīng)面法建立渦輪葉片結(jié)構(gòu)疲勞損傷的響應(yīng)面方程。結(jié)合改進(jìn)一次二階矩法計(jì)算渦輪葉片的失效概率。利用蒙特卡羅法對分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證,并討論了隨機(jī)變量的多種變異性對渦輪葉片的疲勞可靠性的影響。
【圖文】：

( )2*21L inXZ Xiig xXσ σ= = (從而有結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)表達(dá)式為：LLZZμβσ= (循環(huán)迭代過程圖示如下圖 2.3，，點(diǎn)B 為初始驗(yàn)算點(diǎn)即均值點(diǎn)，通常不滿態(tài)方程 ( ) 0Xg x = ，以點(diǎn) B 為初始點(diǎn)按步驟（6）進(jìn)行循環(huán)迭代，至 β 值值達(dá)到允許誤差范圍內(nèi)。

圖 3.1 葉片結(jié)構(gòu)模型俯視圖圖 3.2 葉片榫頭底部葉片工作時產(chǎn)生大量的熱量，且由于厚度不均勻熱量分布也不均勻，若很好的處理，熱量積聚將是導(dǎo)致葉片疲勞失效的重要因素，本文為了使葉更好的冷卻效果，首先葉身部分采用空心設(shè)計(jì)、等壁厚處理以減小由于葉不均產(chǎn)生的熱應(yīng)力，同時對葉片采取冷卻處理，但是實(shí)際加工中很難保證
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V231.95

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本文編號：2658175