航空发动机转子超转破裂预测方法评估与应用
发布时间：2022-10-11 11:04
破裂转速分析是航空发动机强度设计的重要内容之一。目前主流破裂预测方法中,平均应力法、Hallinan法、局部应力应变法属于经验性方法,而基于全局塑性失稳准则的预测方法是近些年提出和发展的一种更为符合轮盘超转破裂规律的方法。评估各破裂预测方法的预测能力,采用合适的预测方法研究国外典型发动机多级转子的超转破裂特征,能够为国内航空发动机转子的抗破裂设计提供参考。轮盘与转子在进行超转试验时,径向位移较大,设计不当的转接盘无法保证超转试验的完成和试验精度,需要研究转接盘设计优化方法使超转试验能够顺利进行且具有良好的精度。本文针对上述问题,在前人研究工作的基础上,在轮盘破裂预测方法评估,典型发动机转子的破裂分析,超转试验转接盘设计优化等方面开展了相关试验、理论分析和数值模拟研究。主要工作和结论如下:设计了倾向周向破裂的GH4169轮盘并进行试验,通过两种破裂模式轮盘的试验结果与各方法的预测结果对比发现:全局塑性失稳破裂准则对破裂转速的预测精度在工程接受范围内,能准确地预测试验盘的破裂模式和破裂薄弱位置,是符合轮盘超转破裂规律的方法;平均应力法对破裂转速的预测误差较大,能够准确预测出试验盘的破裂模式...
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 航空发动机轮盘破裂分析国内外研究现状
1.3 航空发动机转子连接结构国内外发展现状
1.4 本文的主要研究工作
第二章 轮盘破裂转速预测方法的评估
2.1 引言
2.2 GH4169模拟盘超转破裂试验
2.2.1 GH4169模拟盘设计
2.2.2 GH4169轮盘破裂试验
2.3 基于全局塑性失稳准则的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.3.1 基于全局塑性失稳准则的轮盘破裂转速预测方法
2.3.2 基于全局塑性失稳准则的GH4169模拟盘破裂转速预测
2.3.3 超转试验轮盘应力应变分析
2.4 基于平均应力法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.4.1 平均应力法简介
2.4.2 基于平均应力法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.5 基于Hallinan方法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.5.1 Hallinan经验方法简介
2.5.2 基于Hallinan方法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.6 基于局部应力应变法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.6.1 局部应力应变法简介
2.6.2 基于局部应力法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.6.3 基于局部应变法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.7 本章小结
第三章 典型发动机轮盘和转子超转破裂分析
3.1 引言
3.2 APU整体叶盘轴破裂预测分析
3.2.1 铸造TC4材料基本性能参数
3.2.2 非线性各向同性硬化弹塑性本构模型建立
3.2.3 APU整体叶盘轴有限元计算模型建立
3.2.4 APU整体叶盘轴破裂有限元分析
3.2.5 APU整体叶盘轴有限元计算模型简化
3.3 CFM56-7b发动机转子超转破裂分析
3.3.1 CFM56-7b高压压气机转子破裂分析
3.3.2 CFM56-7b低压涡轮转子破裂分析
3.4 LEAP-1b发动机转子超转破裂分析
3.4.1 LEAP-1b高压压气机破裂分析
3.4.2 LEAP-1b低压涡轮破裂分析
3.5 本章小结
第四章 超转试验转接盘优化设计
4.1 引言
4.2 试验转接对超转试验的影响
4.2.1 安装状态转接端径向应力分析
4.2.2 转接端形变分析
4.3 转接结构设计方法
4.3.1 典型轮盘连接结构分析
4.3.2 转接盘结构设计要求
4.4 转接盘轮毂部位几何参数对其破裂转速以及转接端径向位移的影响分析
4.4.1 轮毂厚度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.4.2 中心孔半径对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.4.3 过渡段半径对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.5 转接盘辐板部位几何参数对其破裂转速以及转接端径向位移的影响分析
4.5.1 辐板厚度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.5.2 辐板长度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.5.3 辐板弯曲半径对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.5.4 辐板弯曲长度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.6 转接盘轮缘部位几何参数对其破裂转速以及转接端径向位移的影响分析
4.6.1 轮缘长度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.6.2 轮缘厚度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.6.3 转接端厚度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.7 转接端优化方法及典型轮盘验证
4.7.1 高压压气机轮盘超转试验转接盘优化设计与分析
4.7.2 高压涡轮盘超转试验转接盘优化设计与分析
4.7.3 低压涡轮盘超转试验转接盘优化设计与分析
4.8 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
攻读硕士学位期间发表(录用)论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]微型燃气轮机发电机与APU发展现状及关键部件研究进展[J]. 巢青,傅鑫,程卫国,黄国平. 燃气涡轮试验与研究. 2015(02)
[2]轮盘径向破裂转速计算方法分析及修正[J]. 冯引利,何云,陈伟,刘红彬. 航空动力学报. 2014(11)
[3]军用航空发动机特征分析[J]. 刘勤,周人治,王占学. 燃气涡轮试验与研究. 2014(02)
[4]某粉末冶金高温合金涡轮盘破裂转速分析[J]. 冯引利,吴长波,高鹏,陈伟. 航空动力学报. 2013(03)
[5]辅助动力装置的应用现状和发展趋势[J]. 李东杰. 航空科学技术. 2012(06)
[6]轮盘弹塑性盘破裂准则的建立及变厚度轮盘破裂转速预测[J]. 万江艳,周柏卓. 航空发动机. 2011(05)
[7]国外推重比10一级军用发动机综述[J]. 杨国才. 航空制造技术. 2009(16)
[8]轮盘模拟件破裂试验及其有限元描述[J]. 万江艳,周柏卓. 航空发动机. 2008(02)
[9]航空发动机的新结构及其强度设计[J]. 江和甫,古远兴,卿华. 燃气涡轮试验与研究. 2007(02)
[10]轴流式轮盘破裂及屈服转速的数值分析方法[J]. 李永,王屏,刘思永,方祥军. 机械设计与制造. 2007(05)
硕士论文
[1]航空发动机轮盘破裂分析方法研究与应用[D]. 王浩然.南京航空航天大学 2017
[2]典型盘用材料缺口拉伸强度预测方法研究与应用[D]. 王盛尧.南京航空航天大学 2014
[3]轮盘强度与寿命预测研究[D]. 刘华翔.南京航空航天大学 2012
本文编号：3690459
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 航空发动机轮盘破裂分析国内外研究现状
1.3 航空发动机转子连接结构国内外发展现状
1.4 本文的主要研究工作
第二章 轮盘破裂转速预测方法的评估
2.1 引言
2.2 GH4169模拟盘超转破裂试验
2.2.1 GH4169模拟盘设计
2.2.2 GH4169轮盘破裂试验
2.3 基于全局塑性失稳准则的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.3.1 基于全局塑性失稳准则的轮盘破裂转速预测方法
2.3.2 基于全局塑性失稳准则的GH4169模拟盘破裂转速预测
2.3.3 超转试验轮盘应力应变分析
2.4 基于平均应力法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.4.1 平均应力法简介
2.4.2 基于平均应力法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.5 基于Hallinan方法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.5.1 Hallinan经验方法简介
2.5.2 基于Hallinan方法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.6 基于局部应力应变法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.6.1 局部应力应变法简介
2.6.2 基于局部应力法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.6.3 基于局部应变法的GH4169模拟盘超转破裂分析
2.7 本章小结
第三章 典型发动机轮盘和转子超转破裂分析
3.1 引言
3.2 APU整体叶盘轴破裂预测分析
3.2.1 铸造TC4材料基本性能参数
3.2.2 非线性各向同性硬化弹塑性本构模型建立
3.2.3 APU整体叶盘轴有限元计算模型建立
3.2.4 APU整体叶盘轴破裂有限元分析
3.2.5 APU整体叶盘轴有限元计算模型简化
3.3 CFM56-7b发动机转子超转破裂分析
3.3.1 CFM56-7b高压压气机转子破裂分析
3.3.2 CFM56-7b低压涡轮转子破裂分析
3.4 LEAP-1b发动机转子超转破裂分析
3.4.1 LEAP-1b高压压气机破裂分析
3.4.2 LEAP-1b低压涡轮破裂分析
3.5 本章小结
第四章 超转试验转接盘优化设计
4.1 引言
4.2 试验转接对超转试验的影响
4.2.1 安装状态转接端径向应力分析
4.2.2 转接端形变分析
4.3 转接结构设计方法
4.3.1 典型轮盘连接结构分析
4.3.2 转接盘结构设计要求
4.4 转接盘轮毂部位几何参数对其破裂转速以及转接端径向位移的影响分析
4.4.1 轮毂厚度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.4.2 中心孔半径对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.4.3 过渡段半径对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.5 转接盘辐板部位几何参数对其破裂转速以及转接端径向位移的影响分析
4.5.1 辐板厚度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.5.2 辐板长度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.5.3 辐板弯曲半径对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.5.4 辐板弯曲长度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.6 转接盘轮缘部位几何参数对其破裂转速以及转接端径向位移的影响分析
4.6.1 轮缘长度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.6.2 轮缘厚度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.6.3 转接端厚度对转接盘破裂转速以及转接端径向位移的影响
4.7 转接端优化方法及典型轮盘验证
4.7.1 高压压气机轮盘超转试验转接盘优化设计与分析
4.7.2 高压涡轮盘超转试验转接盘优化设计与分析
4.7.3 低压涡轮盘超转试验转接盘优化设计与分析
4.8 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
攻读硕士学位期间发表(录用)论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]微型燃气轮机发电机与APU发展现状及关键部件研究进展[J]. 巢青,傅鑫,程卫国,黄国平. 燃气涡轮试验与研究. 2015(02)
[2]轮盘径向破裂转速计算方法分析及修正[J]. 冯引利,何云,陈伟,刘红彬. 航空动力学报. 2014(11)
[3]军用航空发动机特征分析[J]. 刘勤,周人治,王占学. 燃气涡轮试验与研究. 2014(02)
[4]某粉末冶金高温合金涡轮盘破裂转速分析[J]. 冯引利,吴长波,高鹏,陈伟. 航空动力学报. 2013(03)
[5]辅助动力装置的应用现状和发展趋势[J]. 李东杰. 航空科学技术. 2012(06)
[6]轮盘弹塑性盘破裂准则的建立及变厚度轮盘破裂转速预测[J]. 万江艳,周柏卓. 航空发动机. 2011(05)
[7]国外推重比10一级军用发动机综述[J]. 杨国才. 航空制造技术. 2009(16)
[8]轮盘模拟件破裂试验及其有限元描述[J]. 万江艳,周柏卓. 航空发动机. 2008(02)
[9]航空发动机的新结构及其强度设计[J]. 江和甫,古远兴,卿华. 燃气涡轮试验与研究. 2007(02)
[10]轴流式轮盘破裂及屈服转速的数值分析方法[J]. 李永,王屏,刘思永,方祥军. 机械设计与制造. 2007(05)
硕士论文
[1]航空发动机轮盘破裂分析方法研究与应用[D]. 王浩然.南京航空航天大学 2017
[2]典型盘用材料缺口拉伸强度预测方法研究与应用[D]. 王盛尧.南京航空航天大学 2014
[3]轮盘强度与寿命预测研究[D]. 刘华翔.南京航空航天大学 2012
本文编号：3690459
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