【摘要】：先進復合材料能夠充分利用各組成部分的優(yōu)勢,使整個結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的力學性能。近三十年來,在航空領(lǐng)域中先進復合材料已經(jīng)得到廣泛的應用,并從最初的非承力構(gòu)件發(fā)展到次承力構(gòu)件甚至是主承力構(gòu)件,例如水平安定面、方向舵、垂直尾翼、前機身等。而隨著航空器的更新?lián)Q代,航空發(fā)動機面臨著更高溫度,更高壓強和更高轉(zhuǎn)速的挑戰(zhàn)。陶瓷基復合材料因其具有密度低、耐高溫、比強度高的以及抗氧化的優(yōu)勢,有望成為新一代航空發(fā)動機葉片的替代材料。通用電氣公司(GE)已經(jīng)完成在F414改進型發(fā)動機上進行了陶瓷基復合材料渦輪轉(zhuǎn)子葉片的關(guān)鍵性試驗,受益于陶瓷基復合材料葉片的應用發(fā)動機整機重量變得更加輕便,并且由于陶瓷基復合材料的耐高溫性能,可提高渦輪前溫度進一步提高發(fā)動機燃油效率。但由于陶瓷基復合材料在生產(chǎn)過程中存在制作工藝多樣,步驟繁復的問題,使材料內(nèi)部存留一些缺陷。因此如何通過有效檢測手段判斷材料內(nèi)部缺陷性質(zhì)并對材料服役期間進行有效監(jiān)測已成為十分必要的課題。文章針對陶瓷基復合材料結(jié)構(gòu),采用多種固有頻率測量方法和損傷檢測手段對陶瓷基復合材料旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)展開了固有頻率與損傷情況和轉(zhuǎn)速變化之間規(guī)律的研究。首先利用超速轉(zhuǎn)子實驗臺對制備的陶瓷基復合材料結(jié)構(gòu)進行超速轉(zhuǎn)子實驗,以模擬旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)工作環(huán)境并確定了試樣超速轉(zhuǎn)子實驗的臨界危險轉(zhuǎn)速。其次設計了一套高精度固有頻率測量方法和裝置。經(jīng)過驗證,該測量方法能夠有效排除因夾具對結(jié)構(gòu)的邊界條件變化而造成的測量誤差。采用輪盤固定,“力錘-聲壓傳感器”測量;輪盤固定,“壓電陶瓷-激光測振儀”測量和夾具固定“壓電陶瓷-激光測振儀”測量多種固有頻率測量方法對陶瓷基復合材料結(jié)構(gòu)進行了變量控制分析。另外利用顯微CT掃描和“弱磁法”檢測對陶瓷基復合材料結(jié)構(gòu)損傷情況進行了跟蹤檢測,分析了結(jié)構(gòu)裂紋發(fā)展方式以及裂紋的分布特點。驗證了損傷定位公式對陶瓷基復合材料結(jié)構(gòu)的損傷定位同樣適用。最后根據(jù)陶瓷基復合材料的屈服強度以及結(jié)構(gòu)的危險臨界轉(zhuǎn)速對陶瓷基復合材料結(jié)構(gòu)損傷情況進行了判定,并基于固有頻率變化量給出了損傷判定經(jīng)驗公式。
【圖文】：

南昌航空大學碩士學位論文 第一章 緒論1.2.2 含裂紋梁的振動分析研究現(xiàn)狀對于文章所研究的陶瓷基復合材料旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，可將其近似看成是懸臂梁狀態(tài)。梁的工作環(huán)境極其復雜，經(jīng)常受到交變載荷的作用，特別是渦輪轉(zhuǎn)子葉片，除受交變載荷影響外，還處在高溫、高壓極度惡劣的工作環(huán)境。因此，航空發(fā)動機葉片是極易產(chǎn)生損傷的。工程師和研究學者們對頻繁發(fā)生的航空事故展開了詳細的調(diào)查，調(diào)查表明這些事故很可能是由射設備結(jié)構(gòu)在服役期間產(chǎn)生的損傷所造成的。

南昌航空大學碩士學位論文 第一章 緒論1.2.2 含裂紋梁的振動分析研究現(xiàn)狀對于文章所研究的陶瓷基復合材料旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，，可將其近似看成是懸臂梁狀態(tài)。梁的工作環(huán)境極其復雜，經(jīng)常受到交變載荷的作用，特別是渦輪轉(zhuǎn)子葉片，除受交變載荷影響外，還處在高溫、高壓極度惡劣的工作環(huán)境。因此，航空發(fā)動機葉片是極易產(chǎn)生損傷的。工程師和研究學者們對頻繁發(fā)生的航空事故展開了詳細的調(diào)查，調(diào)查表明這些事故很可能是由射設備結(jié)構(gòu)在服役期間產(chǎn)生的損傷所造成的。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB33;V25

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本文編號：2658399