航空发动机转子碎片冲击破损失效特征研究

发布时间：2017-08-24 04:15

  本文关键词：航空发动机转子碎片冲击破损失效特征研究

  更多相关文章： 转子碎片 涡轮导向叶片 冲击破损 ANSYS/LS-DYNA

【摘要】：由于航空发动机机匣的包容能力逐步提高,发动机非包容性转子事故得到了有效的控制。为了降低发动机转子碎片对发动机内部结构的危害,在考虑了转子碎片特征的基础上,通过数值模拟分析研究转子涡轮导向叶片受碎片冲击后的失效破损特征。为了合理地分析涡轮转子碎片对涡轮结构的危害,本文首先分析了现代航空发动机转子碎片类型并且根据不同转子叶片的工作条件分析了转子叶片断裂失效的原因明确了转子碎片的来源。在此基础之上,通过参考相关针对航空发动机转子失效的国内外研究,明确了燃气涡轮转子碎片的形状特征。在分析转子碎片的冲击影响时,考虑转子碎片冲击损伤可能存在的影响因素,例如导向叶片的角度和转子碎片的倾斜角度。通过对转子碎片冲击问题的方法研究,确定采用数值模拟的方法,明确了材料本构模型是冲击问题的关键内容,通过比较冲击侵彻领域较为常用的两种本构模型,合理地选择了Johnson-Cook模型。由于涡轮导向叶片材料(镍基高温合金)参数没有公开的研究数据,本文采用了TC4钛合金代替镍基高温合金。利用ANSYS/LS-DYNA对碎片倾斜角分别为0度和45度的冲击方式进行了多次不同碎片线速度和发动机推力条件的仿真。并且对仿真结果进行了分析,得出了正冲击碎片危害基本低于斜冲击碎片;在正冲击条件下,转子碎片发生二次碰撞,第二次碰撞导致涡轮导向叶片破损;在正冲击条件下,导向叶片均被击穿;并对碰撞冲击后转子碎片动能变化进行了分析,预测了碰撞后转子碎片对涡轮结构的危害。在此基础之上,通过对不同导向叶片角度和转子碎片倾斜角的模拟,总结了导向叶片角的较小时转子碎片会出现滑动的现象,导向叶片损伤面积较小,导向叶片角度较大时,冲击损伤的面积增大;而转子碎片倾斜角较小时,叶片损伤情况较为相似,但局部形变较大。转子碎片倾斜角度较大时,转子碎片可能冲击多个导向叶片造成叶片破损;转子碎片倾斜角度较小时,冲击损伤特征类似45度斜冲击情况。通过数值仿真的方法对转子碎片冲击损伤的研究为提高航空发动机安全性提供参考。
【关键词】：转子碎片 涡轮导向叶片 冲击破损 ANSYS/LS-DYNA
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V263.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势10-14
• 1.2.1 国外研究现状10-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 论文的主要内容和结构安排14-16
• 第二章 航空发动机转子碎片分析16-27
• 2.1 转子碎片类型分析16-19
• 2.2 转子叶片失效分析19-22
• 2.3 转子碎片冲击影响分析22-26
• 2.3.1 涡轮导向叶片22-25
• 2.3.2 转子碎片倾斜角对冲击损伤的影响25-26
• 2.3.3 导向叶片安装角对冲击损伤的影响26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 转子碎片冲击损伤的本构模型27-37
• 3.1 转子碎片冲击问题研究27-29
• 3.2 冲击动力学常用的本构模型29-33
• 3.2.1 Johnson-Cook模型29-32
• 3.2.2 Zerilli-Armstrong模型32-33
• 3.3 航空发动机转子碎片冲击损伤的本构模型33-35
• 3.4 转子碎片冲击数值仿真方法35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 转子碎片冲击损伤的数值仿真37-61
• 4.1 转子碎片冲击涡轮导向器的有限元模型37-42
• 4.1.1 转子碎片和导向叶片的材料参数37-38
• 4.1.2 导向叶片模型建立38-42
• 4.2 转子碎片冲击损伤仿真分析42-60
• 4.2.1 转子碎片正冲击损伤仿真分析42-51
• 4.2.2 转子碎片斜冲击损伤仿真分析51-60
• 4.3 本章小结60-61
• 第五章 转子碎片冲击破损的失效特征61-74
• 5.1 转子碎片倾斜角对冲击破损的影响61-67
• 5.1.1 转子碎片30度斜冲击损伤分析61-64
• 5.1.2 转子碎片60度斜冲击损伤分析64-67
• 5.2 导向叶片安装角对冲击破损的影响67-73
• 5.2.1 30度导向叶片角冲击损伤分析67-70
• 5.2.2 34度导向叶片角冲击损伤分析70-73
• 5.3 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-78
• 6.1 全文结论74-77
• 6.1.1 转子碎片正冲击破损特征75
• 6.1.2 转子碎片斜冲击破损特征75-76
• 6.1.3 转子碎片冲击损伤的影响因素76-77
• 6.1.3.1 碎片倾斜角对冲击损伤的影响76
• 6.1.3.2 导向叶片角对冲击损伤的影响76-77
• 6.2 工作展望77-78
• 参考文献78-81
• 致谢81-82
• 在学期间发表的论文和学术成果清单82

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本文编号：729132