航空发动机关键部件热疲劳可靠性分析
发布时间：2021-08-28 13:45
航空发动机核心转动部件—涡轮叶片和涡轮盘,长期处于高温高压、复杂载荷以及环境腐蚀等恶劣工况下,一旦发生疲劳破坏将会带来严重的后果。本文基于有限元软件ANSYS Workbench和PDS对航空发动机关键部件—涡轮叶片和涡轮盘设置四组温度梯度工况（100300?C,300600?C,600900?C,9001200?C）进行热疲劳可靠性数值研究,得到了各温度工况下部件热应力应变分布情况,进行了疲劳寿命预测和蒙特卡罗可靠性分析,仿真结果对提升航空发动机整体可靠性与安全性有重大意义。本文主要内容由三部分组成:（1）运用制图软件Solidworks建立涡轮叶片和涡轮盘三维模型,然后导入ANSYS Workbench创建涡轮叶片和涡轮盘有限元模型,采用四面体网格划分,输入参数及约束,进行四组温度梯度工况下稳态热分析。分析得到涡轮叶片和涡轮盘温度场和热应力应变分布云图,确定了涡轮叶片和涡轮盘危险部位及热应力应变分布情况。（2）运用名义应力法、局部应力应变法和疲劳损伤累积理论进行涡轮叶片和涡轮盘热疲劳分析,大致得...
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涡轮叶片
图 1.2 涡轮盘起飞到降落过程中，其飞行模式的频繁转换，工况的不断变化，所受的、离心载荷以及周围环境也不断变化，涡轮盘等转子部件在受到这些变载荷下非常容易发生疲劳破坏。一旦发生破裂，轻则直接会导致发，重则导致灾难性事故。工作状态下的涡轮盘疲劳断裂产生的碎片也者飞机上的其他关键部件，如油箱、转子轴承等直接导致飞机事故。中主要的失效形式为低周疲劳，又被称为条件疲劳极限或低循环疲劳行周期内可能作用次数下承受的应力极限值。当前零部件传统疲劳可法有局部应力应变法、疲劳损失累积原则、利用 Manson-coffin 公式等段针对涡轮叶片和涡轮盘的研究大部分都是基于实验与仿真分析相结满足提升飞机发动机工作时的安全性，采用有限元思想将热疲劳可靠方法进行整合，运用 Solidworks 进行三维实体建模，导入 ANSYS w劳分析，利用 ANSYS/PDS 进行可靠性分析，分析成果为提高航空发性提供借鉴与参考。
图 2.1 有限元分析基本流程空航天、机械、通信等领域关于热疲劳分析、弹性力学分析、流体动析等一系列仿真计算基本都会运用有限元理论。对于单一系统内的求解等更是采用有限元分析的首选。现代有限元软件分析技术从对象的复合多种材料；从对目标的自动划分网格到当前四面体划分网格、网格划分、多域扫掠网格划分等；从对象简单的离散到自定义适应离构性能校核至现代的动态设计等。这些日渐成熟的仿真技术随着计算，极大地推动有限元仿真技术的完善。有限元(FEM)的核心思想基于量法将对象分割为若干个互不干涉的有限个单元点。在这些单元中选解域的插值节点，将微分方程中的变量转化为某变量或导数的节点值函数组合成线性表达式，借助于上述两种核心理念将对象的微分方程有限元最初用于结构力学，随着计算机有限元仿真技术的成熟，越来域采纳有限元。现代常用的有限元计算方法有最小二乘法、里兹法、辽金法等。有限元分析的具体内容如下[20]：连续的目标分析被分割为不同数目和形状的单元个体。每个单元互相
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS数值模拟的密闭墙抗爆冲击安全性分析[J]. 景一,张西西,程健维. 煤矿安全. 2017(11)
[2]煤岩体在动载下的动态损伤数值模拟[J]. 李峰,方书昊,毕明鑫,田静. 煤炭技术. 2017(11)
[3]基于ANSYS Workbench的中型深松铲仿真分析与研究[J]. 彭才望,孙松林,谭兴斌. 中国农机化学报. 2017(09)
[4]基于ANSYS Workbench航空发动机风扇转子的模态分析[J]. 王伟,张昀硕. 机械工程与自动化. 2017(02)
[5]Reliability analysis for aeroengine turbine disc fatigue life with multiple random variables based on distributed collaborative response surface method[J]. 高海峰,白广忱,高阳,鲍天未. Journal of Central South University. 2015(12)
[6]基于ANSYS Workbench的超声振动系统设计与优化[J]. 解振东,管延锦,朱立华,姜良斌,仲崇凯. 锻压技术. 2015(11)
[7]基于拟蒙特卡罗方法的三维医学重建模型体积测量方法研究[J]. 吕晓琪,吴建帅,张明,张宝华,李娜. 计算机应用研究. 2014(02)
[8]High Cycle Fatigue Life Prediction and Reliability Analysis of Aeroengine Blades[J]. 张俊红,林杰威,张桂昌,刘海. Transactions of Tianjin University. 2012(06)
[9]稳态温度场作用下涡轮叶片的可靠性分析[J]. 艾书民,王克明,翟学,缪辉. 沈阳航空航天大学学报. 2012(02)
[10]基于ANSYS Workbench的大板式方舱模态分析[J]. 池振坤,杨俊智,周强,牟伟杰. 汽车工程学报. 2011(04)
博士论文
[1]航空发动机关键转动部件疲劳寿命预测与可靠性分析方法[D]. 甘露萍.电子科技大学 2014
[2]溶液堆的蒙特卡罗方法物理计算模型及特性研究[D]. 汪量子.清华大学 2011
[3]多晶材料铁电热电性质的蒙特卡罗模拟[D]. 张艳飞.山东大学 2009
硕士论文
[1]航空发动机典型故障监测方法研究[D]. 刘宏伟.沈阳航空航天大学 2017
[2]电子器件传热特性研究及热疲劳分析[D]. 邵陈希.东南大学 2016
[3]航空发动机低压涡轮叶片疲劳寿命预测[D]. 尹珩苏.电子科技大学 2016
[4]某型涡扇航空发动机涡轮轴有限元及寿命分析[D]. 陈浩.电子科技大学 2016
[5]钢板—薄层CRRPC组合结构栓钉连接件抗剪性能研究[D]. 杨波.湖南大学 2015
[6]航空发动机盘鼓式转子振动引起的疲劳问题研究[D]. 董延阳.哈尔滨工业大学 2015
[7]基于ANSYS Workbench的电动汽车功率变换器冷却技术仿真研究[D]. 牛云华.长安大学 2015
[8]电压跌落随机预估的序贯与非序贯蒙特卡罗方法研究[D]. 王玲.兰州理工大学 2015
[9]钢筋混凝土粘结滑移本构试验研究及有限元分析[D]. 孙铭.浙江大学 2015
[10]基于蒙特卡罗模拟的航空发动机故障风险预测和维修成本优化研究[D]. 刘宇文.中国民航大学 2014
本文编号：3368626
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涡轮叶片
图 1.2 涡轮盘起飞到降落过程中，其飞行模式的频繁转换，工况的不断变化，所受的、离心载荷以及周围环境也不断变化，涡轮盘等转子部件在受到这些变载荷下非常容易发生疲劳破坏。一旦发生破裂，轻则直接会导致发，重则导致灾难性事故。工作状态下的涡轮盘疲劳断裂产生的碎片也者飞机上的其他关键部件，如油箱、转子轴承等直接导致飞机事故。中主要的失效形式为低周疲劳，又被称为条件疲劳极限或低循环疲劳行周期内可能作用次数下承受的应力极限值。当前零部件传统疲劳可法有局部应力应变法、疲劳损失累积原则、利用 Manson-coffin 公式等段针对涡轮叶片和涡轮盘的研究大部分都是基于实验与仿真分析相结满足提升飞机发动机工作时的安全性，采用有限元思想将热疲劳可靠方法进行整合，运用 Solidworks 进行三维实体建模，导入 ANSYS w劳分析，利用 ANSYS/PDS 进行可靠性分析，分析成果为提高航空发性提供借鉴与参考。
图 2.1 有限元分析基本流程空航天、机械、通信等领域关于热疲劳分析、弹性力学分析、流体动析等一系列仿真计算基本都会运用有限元理论。对于单一系统内的求解等更是采用有限元分析的首选。现代有限元软件分析技术从对象的复合多种材料；从对目标的自动划分网格到当前四面体划分网格、网格划分、多域扫掠网格划分等；从对象简单的离散到自定义适应离构性能校核至现代的动态设计等。这些日渐成熟的仿真技术随着计算，极大地推动有限元仿真技术的完善。有限元(FEM)的核心思想基于量法将对象分割为若干个互不干涉的有限个单元点。在这些单元中选解域的插值节点，将微分方程中的变量转化为某变量或导数的节点值函数组合成线性表达式，借助于上述两种核心理念将对象的微分方程有限元最初用于结构力学，随着计算机有限元仿真技术的成熟，越来域采纳有限元。现代常用的有限元计算方法有最小二乘法、里兹法、辽金法等。有限元分析的具体内容如下[20]：连续的目标分析被分割为不同数目和形状的单元个体。每个单元互相
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS数值模拟的密闭墙抗爆冲击安全性分析[J]. 景一,张西西,程健维. 煤矿安全. 2017(11)
[2]煤岩体在动载下的动态损伤数值模拟[J]. 李峰,方书昊,毕明鑫,田静. 煤炭技术. 2017(11)
[3]基于ANSYS Workbench的中型深松铲仿真分析与研究[J]. 彭才望,孙松林,谭兴斌. 中国农机化学报. 2017(09)
[4]基于ANSYS Workbench航空发动机风扇转子的模态分析[J]. 王伟,张昀硕. 机械工程与自动化. 2017(02)
[5]Reliability analysis for aeroengine turbine disc fatigue life with multiple random variables based on distributed collaborative response surface method[J]. 高海峰,白广忱,高阳,鲍天未. Journal of Central South University. 2015(12)
[6]基于ANSYS Workbench的超声振动系统设计与优化[J]. 解振东,管延锦,朱立华,姜良斌,仲崇凯. 锻压技术. 2015(11)
[7]基于拟蒙特卡罗方法的三维医学重建模型体积测量方法研究[J]. 吕晓琪,吴建帅,张明,张宝华,李娜. 计算机应用研究. 2014(02)
[8]High Cycle Fatigue Life Prediction and Reliability Analysis of Aeroengine Blades[J]. 张俊红,林杰威,张桂昌,刘海. Transactions of Tianjin University. 2012(06)
[9]稳态温度场作用下涡轮叶片的可靠性分析[J]. 艾书民,王克明,翟学,缪辉. 沈阳航空航天大学学报. 2012(02)
[10]基于ANSYS Workbench的大板式方舱模态分析[J]. 池振坤,杨俊智,周强,牟伟杰. 汽车工程学报. 2011(04)
博士论文
[1]航空发动机关键转动部件疲劳寿命预测与可靠性分析方法[D]. 甘露萍.电子科技大学 2014
[2]溶液堆的蒙特卡罗方法物理计算模型及特性研究[D]. 汪量子.清华大学 2011
[3]多晶材料铁电热电性质的蒙特卡罗模拟[D]. 张艳飞.山东大学 2009
硕士论文
[1]航空发动机典型故障监测方法研究[D]. 刘宏伟.沈阳航空航天大学 2017
[2]电子器件传热特性研究及热疲劳分析[D]. 邵陈希.东南大学 2016
[3]航空发动机低压涡轮叶片疲劳寿命预测[D]. 尹珩苏.电子科技大学 2016
[4]某型涡扇航空发动机涡轮轴有限元及寿命分析[D]. 陈浩.电子科技大学 2016
[5]钢板—薄层CRRPC组合结构栓钉连接件抗剪性能研究[D]. 杨波.湖南大学 2015
[6]航空发动机盘鼓式转子振动引起的疲劳问题研究[D]. 董延阳.哈尔滨工业大学 2015
[7]基于ANSYS Workbench的电动汽车功率变换器冷却技术仿真研究[D]. 牛云华.长安大学 2015
[8]电压跌落随机预估的序贯与非序贯蒙特卡罗方法研究[D]. 王玲.兰州理工大学 2015
[9]钢筋混凝土粘结滑移本构试验研究及有限元分析[D]. 孙铭.浙江大学 2015
[10]基于蒙特卡罗模拟的航空发动机故障风险预测和维修成本优化研究[D]. 刘宇文.中国民航大学 2014
本文编号：3368626
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