航发高压涡轮叶片低周疲劳/蠕变寿命研究
发布时间：2021-02-06 01:05
航空发动机（aero-engine）作为飞机的心脏,被誉为“工业之花”,而涡轮叶片是这朵花中开得最鲜艳的一瓣。涡轮叶片在航空燃气涡轮发动机最极端的环境中工作,目前,先进发动机的涡轮前燃气进口温度已经达到2000K左右;涡轮转速达到每分钟数万、甚至几十万转;再加上燃气气流速度高达150m/s;故而涡轮叶片寿命短、可靠性差,使其寿命严重制约着整机寿命。本文以涡轮叶片作为研究对象,通过有限元仿真分析、不同温度下的疲劳/蠕变试验研究以及理论建模分析相结合的方法,研究了涡轮叶片的多轴低周疲劳寿命和疲劳/蠕变交互寿命,从而为其在服役期间的安全检查、定期维修以及之后的改进优化提供参考依据和技术支持。本文主要做了如下工作:（1）针对监测得到的涡轮转速及排气温度等参数时间历程不真实及数据量过大问题,通过去伪读数、无效值剔除、峰谷值压缩及雨流计数处理对载荷谱进行编制,获得了发动机的工作循环载荷谱,将飞机起落工作循环分解成一个主循环和四个次循环的典型飞行工况,为后续寿命的研究提供了载荷依据。（2）针对涡轮叶片受载复杂问题,通过Ansys软件搭建了热流固耦合仿真计算平台,计算了其在离心载荷、气动压力载荷以及温...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 疲劳蠕变寿命评估方法
1.2.2 涡轮叶片有限元仿真研究
1.2.3 涡轮叶片试验研究
1.3 本文研究内容
2 航空发动机载荷谱编制
2.1 数据压缩处理及载荷谱编制
2.1.1 载荷谱预处理
2.1.2 峰谷值检测
2.1.3 载荷循环计数
2.2 实测载荷数据及处理
2.3 工作循环谱及载荷的特征分析
2.3.1 循环载荷谱的提取
2.3.2 载荷的特征分析
2.4 本章小结
3 基于热流固耦合仿真的涡轮叶片应力应变分析
3.1 热流固耦合仿真分析原理
3.1.1 控制方程
3.1.2 湍流模型
3.1.3 耦合传热计算方法
3.2 叶片三维几何模型
3.2.1 叶片固体域建模
3.2.2 涡轮叶片外流体域几何模型
3.2.3 涡轮叶片材料属性
3.3 热流固耦合计算平台搭建
3.4 工况1下热流固耦合仿真分析
3.4.1 流场仿真分析
3.4.2 温度场分析
3.4.3 涡轮叶片结构强度分析
3.5 工况1下热流固耦合计算结果及分析
3.5.1 工况1下叶片等效应力应变分布
3.5.2 叶片考核位置确定
3.6 本章小结
4 多轴低周疲劳寿命预测模型及试验研究
4.1 多轴低周疲劳寿命模型
4.1.1 多轴疲劳概述
4.1.2 多轴低周疲劳寿命研究
4.2 室温低周疲劳试验
4.2.1 试样材料
4.2.2 考核部位的确定
4.2.3 试验件形式的确定
4.2.4 试验设备
4.2.5 叶片模拟样件加载方案
4.2.6 考核部位应力场模拟
4.2.7 试验载荷谱确定
4.2.8 室温试验结果分析
4.3 基于临界面法的改进及模型求解
4.3.1 模型的改进
4.3.2 模型求解步骤
4.3.3 临界平面的搜索
4.3.4 模型再度修正
4.3.5 各寿命模型预测结果分析
4.4 工作载荷谱循环下叶片的低周疲劳寿命
4.5 本章小结
5 考虑交互作用的涡轮叶片疲劳/蠕变寿命研究
5.1 涡轮叶片蠕变寿命研究
5.2 高温蠕变/疲劳寿命研究
5.2.1 疲劳蠕变交互作用机理
5.2.2 高温蠕变/疲劳寿命模型
5.3 高温蠕变/疲劳试验
5.3.1 缘板模拟件高温试验
5.3.2 叶身模拟件高温试验
5.3.3 高温试验结果分析
5.4 高温蠕变/疲劳寿命计算结果分析
5.4.1 基于损伤线性累积理论的计算结果及分析
5.4.2 考虑疲劳/蠕变交互作用的计算结果及分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3019886
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 疲劳蠕变寿命评估方法
1.2.2 涡轮叶片有限元仿真研究
1.2.3 涡轮叶片试验研究
1.3 本文研究内容
2 航空发动机载荷谱编制
2.1 数据压缩处理及载荷谱编制
2.1.1 载荷谱预处理
2.1.2 峰谷值检测
2.1.3 载荷循环计数
2.2 实测载荷数据及处理
2.3 工作循环谱及载荷的特征分析
2.3.1 循环载荷谱的提取
2.3.2 载荷的特征分析
2.4 本章小结
3 基于热流固耦合仿真的涡轮叶片应力应变分析
3.1 热流固耦合仿真分析原理
3.1.1 控制方程
3.1.2 湍流模型
3.1.3 耦合传热计算方法
3.2 叶片三维几何模型
3.2.1 叶片固体域建模
3.2.2 涡轮叶片外流体域几何模型
3.2.3 涡轮叶片材料属性
3.3 热流固耦合计算平台搭建
3.4 工况1下热流固耦合仿真分析
3.4.1 流场仿真分析
3.4.2 温度场分析
3.4.3 涡轮叶片结构强度分析
3.5 工况1下热流固耦合计算结果及分析
3.5.1 工况1下叶片等效应力应变分布
3.5.2 叶片考核位置确定
3.6 本章小结
4 多轴低周疲劳寿命预测模型及试验研究
4.1 多轴低周疲劳寿命模型
4.1.1 多轴疲劳概述
4.1.2 多轴低周疲劳寿命研究
4.2 室温低周疲劳试验
4.2.1 试样材料
4.2.2 考核部位的确定
4.2.3 试验件形式的确定
4.2.4 试验设备
4.2.5 叶片模拟样件加载方案
4.2.6 考核部位应力场模拟
4.2.7 试验载荷谱确定
4.2.8 室温试验结果分析
4.3 基于临界面法的改进及模型求解
4.3.1 模型的改进
4.3.2 模型求解步骤
4.3.3 临界平面的搜索
4.3.4 模型再度修正
4.3.5 各寿命模型预测结果分析
4.4 工作载荷谱循环下叶片的低周疲劳寿命
4.5 本章小结
5 考虑交互作用的涡轮叶片疲劳/蠕变寿命研究
5.1 涡轮叶片蠕变寿命研究
5.2 高温蠕变/疲劳寿命研究
5.2.1 疲劳蠕变交互作用机理
5.2.2 高温蠕变/疲劳寿命模型
5.3 高温蠕变/疲劳试验
5.3.1 缘板模拟件高温试验
5.3.2 叶身模拟件高温试验
5.3.3 高温试验结果分析
5.4 高温蠕变/疲劳寿命计算结果分析
5.4.1 基于损伤线性累积理论的计算结果及分析
5.4.2 考虑疲劳/蠕变交互作用的计算结果及分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3019886
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3019886.html
