【摘要】：外物損傷(Foreign Object Damage,FOD)是航空發(fā)動機(jī)使用中風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片的一種常見故障或問題,可能導(dǎo)致葉片發(fā)生疲勞斷裂,因此需要針對FOD制定較為完善的葉片設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和維修規(guī)范。本文針對FOD損傷中一類常見的凹坑型FOD損傷,研究了其對TC4鈦合金葉片高循環(huán)疲勞(High Cycle Fatigue,HCF)性能的影響規(guī)律,發(fā)展了凹坑型損傷葉片的HCF強(qiáng)度預(yù)測方法,主要研究工作和結(jié)論如下:(1)分析了試驗(yàn)?zāi)M凹坑型損傷的宏觀特征,建立了損傷的簡化幾何模型,分析了宏觀特征及應(yīng)力集中系數(shù)對TC4鈦合金試驗(yàn)件HCF強(qiáng)度的影響程度,并觀察了凹坑型損傷試驗(yàn)件疲勞斷口的微觀特征。研究結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)室模擬凹坑型損傷的宏觀幾何尺寸及應(yīng)力集中系數(shù)無法準(zhǔn)確衡量損傷對TC4鈦合金葉片HCF性能的影響程度。(2)基于Bammann模型對凹坑型FOD損傷的形成過程進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬,對數(shù)值模擬獲得的凹坑損傷宏觀幾何特征與幾何尺寸與實(shí)驗(yàn)室模擬結(jié)果進(jìn)行了對比,對不同沖擊條件下凹坑型損傷周圍的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:Bammann模型能夠較為準(zhǔn)確地模擬凹坑型損傷的宏觀幾何特征,不同沖擊條件下凹坑型損傷周圍的殘余應(yīng)力分布存在較大差異。(3)基于臨界距離理論預(yù)測了模擬凹坑型損傷葉片的HCF強(qiáng)度,并結(jié)合殘余應(yīng)力數(shù)值模擬結(jié)果獲得了考慮殘余應(yīng)力影響的損傷試件HCF強(qiáng)度預(yù)測結(jié)果,并與傳統(tǒng)疲勞強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了對比。研究結(jié)果表明:相對于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式,臨界距離理論能夠更為精確的預(yù)測凹坑型損傷葉片的HCF強(qiáng)度。在HCF強(qiáng)度預(yù)測中考慮沖擊殘余應(yīng)力的影響,能夠進(jìn)一步改進(jìn)預(yù)測結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V232.4
【圖文】：

南京航空航天大學(xué)全日制專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文第一章 緒 論1.1 研究背景在飛機(jī)頻繁的起飛和降落過程中，發(fā)動機(jī)可能由于強(qiáng)大的吸力而吸入跑道附近的各種異物進(jìn)而擊傷發(fā)動機(jī)前部的風(fēng)扇和低壓壓氣機(jī)葉片，造成葉片的損傷，這種損傷的存在嚴(yán)重威脅了飛行的安全。當(dāng)撞擊的硬物石塊、砂礫、金屬碎片、樹枝等較小的硬物時，通常定義為“硬物撞擊”，在國內(nèi)外航空發(fā)動機(jī)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范[1],[2]中被稱為外物損傷（Foreign Object Damage，簡稱為FOD）。FOD多發(fā)生于葉片的前后邊緣處[3]，其宏觀損傷形式包括凹坑（Dent）、缺口（Nick）、裂紋（Crack）、撕裂（Tear）等，如下圖 1.1 所示為實(shí)際外物損傷常見宏觀形貌。

FOD損傷的設(shè)計評估方法和制定相關(guān)判廢標(biāo)準(zhǔn)和維修規(guī)范，需對葉片疲勞性能的影響規(guī)律進(jìn)行深入研究和分析。為此，本章及其對 TC4 平板試件高循環(huán)疲勞（HCF）性能的影響規(guī)律開建立考慮凹坑型 FOD 損傷影響的 TC4 鈦合金 HCF 性能預(yù)測金及其基本力學(xué)性能象為 TC4 鈦合金，具有良好的綜合性能，在航空工業(yè)中廣泛機(jī)葉片或壓氣機(jī)盤的制造，其化學(xué)組成成分如下表 2.1[50]所示表 2.1 TC4 鈦合金化學(xué)組成成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比%）Al V Ti Fe C N 5.5~6.8 3.4~4.5 余量 0.027 0.10 0.008 5*1000*1700mm3熱軋 TC4 鈦合金板材，熱處理狀態(tài)：退火（82 兩相合金，含有 6% 穩(wěn)定元素 Al 和 6% 穩(wěn)定元素 V，織結(jié)構(gòu)。具有該種微觀組織結(jié)構(gòu)的TC4鈦合金沿軋制方向的室69MPa、 =971MPab ，彈性模量E =118GPa，泊松比 0.3

圖 2.5 凹坑型損傷宏觀形貌征對 TC4 鈦合金高循環(huán)疲勞強(qiáng)度影過程中，通常通過測量損傷的幾何尺寸如在某型發(fā)動機(jī)維修手冊中，針對葉片：當(dāng)凹坑深度小于最大可用極限（Maxi片仍能夠工作一段時間而不需要維修更限（Maximum Repairable Limit）時，該大可維修極限時，該葉片判定為報廢，傷的宏觀幾何尺寸對葉片性能的關(guān)系：降，因此需要建立宏觀幾何尺寸對葉片 維修提供依據(jù)。宏觀幾何尺寸進(jìn)行定義，其中沿硬物沖擊損傷寬度W 、垂直于試驗(yàn)件表面方向尺在進(jìn)行疲勞試驗(yàn)試樣斷裂之后進(jìn)行測量

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

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本文編號：2791255