寬弦空心風扇葉片作為航空發(fā)動機的首級葉片,為發(fā)動機提供大部分的推力,具有效率高、重量輕、抗外物損傷能力強等優(yōu)點,廣泛應用于高性能渦扇發(fā)動機中。寬弦風扇葉片結構復雜,對其結構進行優(yōu)化設計的探索研究具有重要意義和價值。本文主要針對超塑成形/擴散連接（SPF/DB）組合成形工藝下的二/三層結構寬弦空心風扇葉片進行結構設計研究,探索二/三層結構空心葉片的結構優(yōu)化設計方法,并以此為基礎,開發(fā)風扇葉片的結構設計及優(yōu)化設計平臺。具體內容如下:首先,運用UG二次開發(fā)技術C/C++程序設計語言,在UG環(huán)境中,分別對SPF/DB工藝下的二/三層結構空心風扇葉片進行了參數(shù)化建模,使其能夠在輸入尺寸參數(shù)后快速生成葉片模型,并基于UI Styler及MenuScript模塊開發(fā)交互式界面設計平臺,以方便設計人員對其進行結構設計,提高設計效率,并為有限元分析和結構優(yōu)化設計奠定基礎。其次,運用上述相關技術,開發(fā)了二/三層結構空心風扇葉片強度分析平臺,使之能夠自動完成有限元網格劃分、邊界條件及載荷施加、求解計算,且為了驗算優(yōu)化后的結構振動特性并在此增加了振動特性分析功能。運用該平臺提供求解方案,分別對相同邊界條件及載... 

【文章來源】：華僑大學福建省

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

帶凸肩葉片及

華僑大學碩士學位論文4（3）葉片成形后降溫冷卻，數(shù)控加工葉根、葉型邊緣以及葉片表面化銑處理，最終得到成品。三層板擴散連接/超塑成形的工藝過程如圖1.4所示。（a）SPF/DB工藝下葉片內腔結構（b）寬弦空心風扇葉片圖1.3寬弦空心風扇葉片及內腔結構示意圖圖1.4三層結構空心風扇葉片成形工藝同期，普惠公司基于超塑成形/擴散連接制造工藝技術，采用葉盆側和葉背側二層鈦合金面板，研制出虛實相間的無芯式結構內腔寬弦空心風扇葉片，并成功運用于PW4084型發(fā)動機上，使其葉片數(shù)量減少，提升了發(fā)動機性能[17]。內腔結構如圖1.3（a）所示。其工藝過程為：（1）機械加工銑削兩半對稱的扁平葉身，并放入模具內。（2）放入真空爐中施加高溫高壓，得到擴散焊質量均勻無缺陷的葉片毛坯，同時在超塑成形狀態(tài)，吹入氬氣使葉片完全貼模成形。（3）降溫冷卻，數(shù)控加工葉根、葉型邊緣以及表面化銑處理。二層板結構葉片擴散連接/超塑成形的工藝過程如圖1.5所示。

第1章引言5圖1.5二層結構空心風扇葉片成形工藝自上個世紀以來，我國對高性能渦扇發(fā)動機研制的迫切需求，已對寬弦空心風扇葉片結構設計及研制方面進行了相關探索和研究，并取得了較大的進展。1999年，國內科研人員借助葉身“擴散連接+熱扭轉+超塑成形”的熱循環(huán)工藝路線，成功研制出鈦合金三層結構超塑成形/擴散連接（SPF/DB）寬弦空心風扇葉片模擬件[18]，并進行了相關驗證。伴隨著數(shù)值仿真技術的發(fā)展，國內科研人員編寫的葉片結構優(yōu)化軟件，已經能夠進行葉片結構設計的自動尋優(yōu)[19][20]。但是對于大涵道比渦扇發(fā)動機研制方面，我國與英國羅·羅公司、美國通用公司和普惠公司存在較大差距。在寬弦空心風扇葉片的結構設計、工藝制造及仿真模擬等方面一直存在不足，且國外一直對我國航空等高科技領域實施非常嚴厲的技術封鎖，現(xiàn)今中美貿易戰(zhàn)這一現(xiàn)象尤為嚴重。因此，探索航空發(fā)動機寬弦空心風扇葉片結構優(yōu)化技術，拉近與當前先進發(fā)動機的設計水平，自主研制寬弦空心風扇葉片是當務之急。1.2.2風扇葉片結構設計及分析研究動態(tài)風扇葉片作為渦扇發(fā)動機主要動力來源部件，每一次技術變革，都會給航空發(fā)動機帶來巨大的突破。其結構形式對發(fā)動機性能參數(shù)，如涵道比、推力、以及增壓比等有著至關重要的影響。因此為了進一步提升發(fā)動機性能、減輕葉片質量、增加葉片強度、剛度等，國內外學者對風扇葉片進行了一系列的探索。國外學者OgawaA與SofueY等人早期針對二層結構寬弦空心風扇葉片進行了系統(tǒng)的結構力學性能分析，指出離心載荷和氣動壓力的作用下，空心結構的風扇葉片會降低葉片的質量、抗彎剛度和抗扭剛度，提升了剪切應力；其加強筋板對扭轉剛度的影響較小，但對應力的影響很大；彎曲變形下，葉片內部

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]民用航空發(fā)動機風扇葉片適航符合性設計與驗證方法研究[D]. 曾海軍.南京航空航天大學 2015

碩士論文
[1]SPF/DB寬弦空心葉片單元件彎曲疲勞性能研究[D]. 李百洋.南京航空航天大學 2018
[2]寬弦空心風扇葉片超塑成形/擴散連接工藝研究[D]. 吳心晨.南京航空航天大學 2015
[3]空心風扇葉片桁架式夾芯結構件疲勞特性研究[D]. 孫青平.南京航空航天大學 2014
[4]寬弦空心風扇葉片超塑成形的數(shù)值仿真研究[D]. 高慶峰.南京航空航天大學 2008
[5]寬弦空心風扇葉片結構設計及強度分析研究[D]. 剛鐵.南京航空航天大學 2005



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