某航空发动机涡轮盘和叶片的强度分析与寿命计算

发布时间：2017-04-20 18:23

  本文关键词：某航空发动机涡轮盘和叶片的强度分析与寿命计算，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：涡轮盘与涡轮叶片是航空发动机十分重要的涡轮转子部件,承受着复杂的循环热载荷及机械载荷,为了保证发动机和飞机在服役期间的稳定性和可靠性,迫切需要对涡轮盘和叶片的强度进行计算,并对其寿命加以预测和控制。本文基于某民航发动机延寿项目的需要,对其涡轮盘和叶片的强度与寿命预估进行了研究。 首先,总结了典型飞行任务剖面的压缩处理方法,针对CFM56发动机的19个起落循环实测载荷数据,统计了转速的雨流计数循环以及排气温度等载荷状态的持续时间,在分析了次循环对发动机造成损伤情况的基础上,去除了对循环疲劳损伤影响不大的无效幅值,得到了此民航发动机的实际工作循环载荷谱。此载荷谱是涡轮转子部件强度和寿命计算的基础,并可为以后编制该发动机的加速任务试车谱提供依据。 然后,在ANSYS软件环境中建立了此发动机涡轮盘、涡轮叶片的三维有限元分析模型。基于热弹塑性有限元和接触非线性有限元分析理论,对各个飞行状态下的涡轮盘、叶片及榫头—榫槽连接件进行了循环应力(应变)计算。找出关键件的疲劳断裂危险点,确定了危险部位的应力剖面,并在此基础上根据EGD-3规定的静强度准则对涡轮盘与叶片的静强度进行了校核。 最后,通过前述应力(应变)的分析计算结果和材料的疲劳特性,分别选用S-N曲线法和Manson-Coffin的Morrow修正式法,对该发动机涡轮盘进行了疲劳损伤与寿命的计算。用两种方法得出的计算结果基本相同,表明了计算方法选择的正确性和计算结果的可靠性。针对涡轮叶片处于复杂应力状态的情况,分别采用四种不同的等效应力合成准则参照对比,探索其合成方法。推导了涡轮叶片的拉森—米勒寿命计算式,并基于此计算方法编写了寿命计算程序,对叶片的疲劳损伤及持久寿命进行了计算。 通过对此民航发动机载荷谱的研究、涡轮盘及涡轮叶片的强度和寿命计算,得出的计算结果和提出的研究方法为提高发动机的可靠性和延长工作寿命提供了一定的参考价值。
【关键词】：涡轮盘 涡轮叶片 载荷谱 强度 疲劳损伤 寿命计算
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：V231.91
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-5
• 目录5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 引言8-9
• 1.2 各相关领域的研究现状9-12
• 1.2.1 航空发动机载荷谱的国内外研究现状9-10
• 1.2.2 航空发动机零部件应力分析的国内外研究现状10-11
• 1.2.2 航空发动机零部件寿命分析的国内外研究现状11-12
• 1.3 本文的主要工作12-14
• 第二章 CFM56航空发动机载荷谱分析14-22
• 2.1 引言14
• 2.2 CFM56发动机实测数据及其处理14-19
• 2.2.1 实测载荷数据图14-16
• 2.2.2 典型飞行任务剖面及其压缩处理、统计16-19
• 2.3 循环载荷谱的确定与载荷特征的分析19-21
• 2.3.1 循环载荷谱的确定19-20
• 2.3.2 载荷的特征分析20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 发动机涡轮盘的有限元应力分析22-39
• 3.1 引言22
• 3.2 涡轮盘的有限元应力分析原理22-27
• 3.2.1 塑性分析的有限元基本理论22-24
• 3.2.2 涡轮盘的有限元应力分析原理24-27
• 3.3 涡轮盘有限元模型的建立27-29
• 3.3.1 涡轮盘的结构特点27-28
• 3.3.2 涡轮盘的有限元计算模型28-29
• 3.4 涡轮盘的材料参数29-31
• 3.5 计算载荷与边界条件31-34
• 3.5.1 离心载荷31-33
• 3.5.2 温度载荷33
• 3.5.3 边界条件33-34
• 3.6 涡轮盘强度计算结果及分析34-37
• 3.6.1 热弹性计算结果及分析34-36
• 3.6.2 热弹塑性计算结果及分析36-37
• 3.7 本章小结37-39
• 第四章 涡轮叶片的有限元应力分析39-52
• 4.1 引言39
• 4.2 涡轮叶片有限元模型的建立39-41
• 4.3 涡轮叶片的材料参数41-42
• 4.4 计算载荷与边界条件42-43
• 4.5 涡轮叶片的有限元应力分析原理43-49
• 4.6 涡轮叶片的强度计算结果及分析49-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第五章 涡轮盘榫头与叶片榫槽接触有限元分析52-64
• 5.1 引言52
• 5.2 接触问题的基本理论52-55
• 5.2.1 接触问题及其基本假定52-53
• 5.2.2 接触状态分类53
• 5.2.3 增量法求解接触问题53-55
• 5.3 ANSYS软件中接触问题的分析方法55-57
• 5.3.1 ANSYS中的接触类型和接触方式55-56
• 5.3.2 ANSYS的接触求解技术56
• 5.3.3 ANSYS的接触分析步骤56-57
• 5.4 涡轮盘枞树型榫连接接触分析57-63
• 5.4.1 接触分析模型的建立57-58
• 5.4.2 材料参数58
• 5.4.3 计算载荷与边界条件58-59
• 5.4.4 计算结果与分析59-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第六章 发动机涡轮盘与涡轮叶片的寿命分析64-78
• 6.1 引言64
• 6.2 涡轮盘的寿命分析方法及其计算结果64-71
• 6.2.1 基于S-N曲线法的寿命分析法及其结果64-68
• 6.2.2 基于Manson-Coffin法的寿命分析法及其结果68-70
• 6.2.3 涡轮盘循环寿命预估70-71
• 6.3 涡轮转子叶片的寿命计算71-76
• 6.3.1 寿命计算的计算点71
• 6.3.2 寿命计算公式71-73
• 6.3.3 涡轮叶片寿命计算结果73-76
• 6.4 本章小结76-78
• 第七章 总结与展望78-80
• 7.1 总结78-79
• 7.2 展望79-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文83-84
• 致谢84-85
• 西北工业大学 学位论文知识产权声明书85
• 西北工业大学 学位论文原创性声明85

【引证文献】

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本文编号：319293