某GH4169动力涡轮盘裂纹扩展研究

发布时间：2017-12-10 11:26

本文关键词：某GH4169动力涡轮盘裂纹扩展研究

【摘要】：本文利用有限元分析软件ANSYS和三维裂纹扩展分析软件FRANC3D,通过裂纹扩展仿真计算和低循环疲劳试验相结合的方法,研究某GH4169动力涡轮盘关键部位预制裂纹的扩展过程,为该轮盘损伤容限设计方法研究提供依据。本文主要研究工作内容如下：(1)采用损伤容限设计方法,确定某动力涡轮盘裂纹扩展过程研究方案。根据某涡轴发动机真实工况,折算出旋转试验台上的试验转速和试验温度。对该涡轮盘进行应力状态分析,将其中心孔、偏心孔作为裂纹扩展过程的考核部位。确定初始缺陷的位置及预制方法,选择合适的无损检测方法和低循环疲劳试验检查间隔。(2)采用Franc3D软件分析偏心孔和中心孔处的裂纹扩展速率。插入长度为0.15mm的初始裂纹,计算中心孔径向、偏心孔径向(内、外)与周向的裂纹扩展过程,直至裂纹尖端应力强度因子达到材料的断裂韧度。发现裂纹扩展速率的由快到慢的排序为：偏心孔径向(向内)偏心孔径向(向外)中心孔径向偏心孔周向。绘制出各部位的α～N曲线和ΔK～a曲线,观察裂纹扩展路径。(3)使用立式旋转试验台,开展该动力涡轮盘的低循环疲劳试验。根据仿真计算结果,在轮盘偏心孔与中心孔处预制14个小缺口。每间隔一定的循环次数,取下轮盘进行无损检测。当轮盘发生爆裂时,切下断口,在电子显微镜下对断口进行分析,根据断口确定的da/dN～a曲线,并且与仿真计算进行对比。研究结果表明：轮盘偏心孔径向(向内)、中心孔径向、偏心孔周向的裂纹扩展速率依次减小；采用裂纹长度等效方法计算得到的裂纹扩展速率在裂纹扩展初期与试验结果有很好的符合性；仿真计算能较好的给出裂纹前沿扩展尺寸和形状；裂纹扩展后期的数据表明,计算结果略显保守；不同部位处裂纹扩展速率计算结果与试验结果基本一致。采用在大应力区域预制裂纹,结合数值仿真计算,使用立式旋转试验台,开展某动力涡轮盘裂纹扩展速率的研究在国内尚属首次,希望本文的研究可以为今后深入开展航空发动机轮盘损伤容限设计方法研究提供有效手段。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V231.9

【参考文献】

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