不同材料的静子叶片与机匣典型连接方案的分析评估

发布时间：2017-09-02 09:12

  本文关键词：不同材料的静子叶片与机匣典型连接方案的分析评估

  更多相关文章： 2.5维编织复合材料 静子叶片与机匣连接方案 细观几何模型 强度分析 加纱比

【摘要】：压气机是航空发动机的核心部件,而压气机静子叶片与机匣的连接结构也是压气机的关键部件,其失效直接影响到航空发动机的性能。2.5维编织复合材料作为一种特殊的三维编织复合材料,有效地解决了三维编织复合材料在异形织物中的不足,使得2.5维编织复合材料在航空发动机内复杂结构件的应用更为广泛。目前国内对于编织复合材料压气机静子叶片与机匣连接方案的强度研究尚未成熟,对于编织复合材料与层合复合材料、钛合金的搭配使用的连接方案也没有研究的经验。本文针对目前比较成熟的两种2.5维编织复合材料静子叶片与机匣连接方案进行了强度分析,讨论了加纱结构的连接方案中加纱比对结构强度的影响;并预测了层合复合材料和钛合金分别与编织复合材料构成连接结构时的结构强度。本文的主要研究结论如下:(1)建立了2.5维编织复合材料细观几何模型与刚度预测模型。采用矩形经纱-六边形纬纱截面描述单胞结构内的纱线截面形状,考虑了RTM成型工艺对2.5维编织复合材料表层经纱的影响,建立了2.5维编织复合材料三单胞模型。基于体积平均方法和本文的三单胞几何模型建立了2.5维编织复合材料刚度预测模型,通过APDL语言实现了刚度预测模型的程序化,预测了六种不同编织结构的2.5维编织复合材料的力学性能参数,并与已有的试验结果对比验证了本文刚度预测模型的有效性。(2)针对不同的静子叶片与机匣连接方案建立了不同的结构强度分析方法。基于均匀化思想,将复杂的静子叶片与机匣连接结构划分为很多单胞尺寸大小的单元,对不同材料的部位赋予不同的材料初始属性值,依据不同的失效准则进行单胞失效判断,并采用不同的刚度退化规律(金属材料除外)计算单胞退化后的力学性能参数,根据失效单胞的部位与数量,对静子叶片与机匣采用不同方法分别判断结构是否破坏。并对采用同种材料的两种不同连接方案的失效单元数、极限载荷和叶尖挠度进行对比评估。(3)预测了加纱比对于加纱结构的2.5维编织复合材料静子叶片与机匣连接结构的刚度和强度影响。针对强度较好的连接方案的薄弱易损部位进行局部加纱处理,加纱方式采用经向加纱方式,采用加纱结构的2.5维编织复合材料刚度预测模型,预测了加纱比从0增加到1的过程中材料的力学性能参数变化趋势,分析了连接方案的极限强度和叶尖挠度随加纱比增加的变化趋势。
【关键词】：2.5维编织复合材料 静子叶片与机匣连接方案 细观几何模型 强度分析 加纱比
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V233
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 引言14-15
• 1.2 国内外研究状况15-20
• 1.2.1 编织复合材料力学性能研究15-18
• 1.2.2 压气机静子叶片与机匣连接方案及强度分析研究概况18-20
• 1.3 目前国内外研究中主要存在的问题20
• 1.3.1 编织复合材料结构强度分析研究中存在的问题20
• 1.3.2 编织复合材料静子叶片与机匣连接方案及强度研究中存在的问题20
• 1.4 本文研究的内容及创新点20-23
• 1.4.1 本文研究的主要内容20-21
• 1.4.2 本文研究的创新点21-23
• 第二章 2.5 维编织复合材料刚度预测模型研究23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 2.5维编织复合材料细观几何模型23-27
• 2.2.1 过渡胞的细观几何参数计算24-25
• 2.2.2 面胞和内胞的细观几何参数计算25-27
• 2.3 2.5 维编织复合材料刚度预测模型27-31
• 2.3.1 过渡胞的刚度矩阵27-30
• 2.3.2 面胞和内胞的刚度矩阵30-31
• 2.3.3 总体刚度矩阵31
• 2.4 2.5 维编织复合材料刚度预测程序实现31-32
• 2.5 2.5 维编织复合材料刚度预测与验证32-33
• 2.6 本章小结33-35
• 第三章 静子叶片与机匣连接结构强度预测模型与结构评估35-83
• 3.1 引言35
• 3.2 结构强度预测模型35-39
• 3.2.1 2.5 维编织复合材料单胞内应力分析35-36
• 3.2.2 失效准则36-38
• 3.2.3 复合材料刚度退化规律38-39
• 3.3 叶片与机匣连接结构强度分析方法与程序实现39-44
• 3.3.1 结构件强度分析方法39-40
• 3.3.2 基于逐渐损伤理论的强度预测程序实现40-41
• 3.3.3 算例分析与验证41-44
• 3.4 两种连接方案的静子叶片与机匣连接结构分析评估44-81
• 3.4.1 铆钉式静子叶片与机匣连接（方案A）45-61
• 3.4.2 挂钩式静子叶片与机匣连接（方案B）61-73
• 3.4.3 两种连接方案强度预测结果对比分析73-81
• 3.5 本章小结81-83
• 第四章 添加填充纱的复合材料静子叶片与机匣连接方案强度预测模型与方案评估83-96
• 4.1 引言83
• 4.2 加纱结构编织复合材料刚度预测研究83-87
• 4.2.1 加纱编织复合材料的刚度预测方法84-85
• 4.2.2 加纱结构的 2.5 维编织复合材料刚度预测程序实现85-86
• 4.2.3 加纱结构的 2.5 维编织复合材料刚度分析与验证86-87
• 4.3 加纱静子叶片与机匣连接结构的强度分析方法87-88
• 4.4 加纱结构的分析评估88-92
• 4.5 加纱比对连接结构强度影响分析92-94
• 4.6 本章小结94-96
• 第五章 总结与展望96-98
• 5.1 本文工作总结96-97
• 5.2 研究工作展望97-98
• 参考文献98-101
• 致谢101-102
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文102-103
• 附录 1: 2.5 维编织复合材料经向拉伸试验结果103

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