高速大扭角复合材料风扇叶片结构设计及试验研究

发布时间：2020-06-13 19:55

【摘要】：风扇叶片是轴流风机的核心零件,对轴流风机的效率、振动性能、稳定性、安全性等性能起决定性作用,用高性能的复合材料叶片取代传统金属叶片,可以显著减轻自身重量,有利于整机灵活布置,提高工作效率,降低噪声,降低维护成本,满足日益提高的性能要求。本文对叶片的结构设计和试验进行了研究,主要研究工作如下:1、综合国内外相关资料,研究了复合材料叶片类零件发展现状及技术现状,分析了适用于高速大扭角复合材料风扇叶片结构设计及力学性能计算的基本理论。2、高速大扭角复合材料风扇叶片结构设计。分析了叶片的材料体系,对叶片材料的力学性能进行测试,为叶片的设计和仿真计算提供了力学性能参数;分析了叶片的结构形式和载荷特征,确定了叶片的铺层厚度和铺层角度。3、叶面典型结构形式的性能研究。对可用于风扇叶片的多种复合材料结构形式进行力学性能和工艺性研究,研究表明加强筋夹芯结构在弯曲载荷下的承载能力、弯曲刚度等力学性能较帽型和PMI泡沫夹芯结构好。在工艺性上,加强筋夹芯结构和帽型夹芯结构的工序多,工艺复杂,而PMI泡沫夹芯结构的工序较少,操作简便,工艺性好。4、叶片的有限元分析。基于Abaqus建立了PMI泡沫夹芯结构叶片和加强筋夹芯结构叶片的有限模型,对叶片进行静强度分析,计算叶片的蔡-吴失效系数和变形情况,结果表明叶片的强度和刚度满足设计要求,并研究了±45~°铺层对叶片强度和刚度的影响。对叶片进行动力学分析,通过Abaqus计算得到叶片的前10阶固有频率,并分析了叶片的多阶振型。5、叶片的静力学试验。试制了工艺性较好的PMI泡沫夹芯结构叶片,利用LabVIEW编制了力-位移数据采集系统程序,通过MGCplus和CATman软件搭建了应变采集系统,用于叶片的静力学试验。试验验证了叶片根部连接孔的挤压强度和叶片的弯曲强度,测得了根部连接孔的变形以及叶片的各测试点的应变值。
【图文】：

图 1.1 GE90 风扇叶片 图 1.2 LEAP-X 风扇叶片，采用复合材料替代传统的金属材料制成的叶片能很好地实现同时消除了传统钛合金叶片两侧为了抗疲劳破坏而增加的阻尼,11]。国外在复合材料航空发动机叶片领域技术相对成熟，取得的结构设计研究、成型技术研究、静力学分析与试验外，研究andschuh K M, Miller S G, Sinnott M J 等研究了叶片前缘的冲击i B, Duffy K, Kauffman J 等介绍了其全尺寸试验、振动特性试验等合材料风电叶片研究现状及发展趋势

图 1.1 GE90 风扇叶片 图 1.2 LEAP-X 风扇叶片，采用复合材料替代传统的金属材料制成的叶片能很好地实现同时消除了传统钛合金叶片两侧为了抗疲劳破坏而增加的阻尼,11]。国外在复合材料航空发动机叶片领域技术相对成熟，取得的结构设计研究、成型技术研究、静力学分析与试验外，，研究andschuh K M, Miller S G, Sinnott M J 等研究了叶片前缘的冲击i B, Duffy K, Kauffman J 等介绍了其全尺寸试验、振动特性试验等合材料风电叶片研究现状及发展趋势
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK83

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 高禹;李洋洋;王柏臣;于祺;王绍权;董尚利;包建文;;先进树脂基复合材料在航空发动机上的应用及研究进展[J];航空制造技术;2016年21期

2 刘畅;周光明;王狄辉;朱基炜;;整体中空夹层复合材料弯曲刚度研究[J];玻璃钢/复合材料;2016年09期

3 王亚;白燕;龚杜弟;田旭;王少松;;瓦楞蜂窝夹层结构复合材料的制备及力学性能研究[J];上海纺织科技;2016年06期

4 方路平;陆春;陈平;齐明雪;项松;;三种复合材料夹芯结构在弯曲载荷下破坏行为研究[J];玻璃钢/复合材料;2016年04期

5 黄政;熊鹰;杨光;;复合材料螺旋桨模型的应变模态与振动特性[J];中国舰船研究;2016年02期

6 陈巍;;先进航空发动机树脂基复合材料技术现状与发展趋势[J];航空制造技术;2016年05期

7 罗忠;郭健;朱云鹏;韩清凯;王德友;;考虑静强度要求的旋转直板叶片试验模型相似设计方法[J];机械工程学报;2016年09期

8 黄政;熊鹰;柳凯;杨光;;复合材料螺旋桨应变模态计算与试验[J];海军工程大学学报;2015年06期

9 罗忠;郭健;朱云鹏;王德友;;叶片动力学相似试验模型设计及其固有特性预测修正[J];航空动力学报;2015年07期

10 雷敏;;模型试验相似理论研究[J];企业技术开发;2014年27期

相关博士学位论文 前1条

1 刘加一;温度对复合材料点阵夹芯结构力学行为的影响研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

相关硕士学位论文 前6条

1 宋超;航空发动机复合材料叶片设计及成形技术研究[D];南京航空航天大学;2014年

2 邓海龙;铺层参数对复合纤维风机叶片性能的影响分析及结构优化设计[D];内蒙古工业大学;2013年

3 李琪;复合材料风电叶片结构设计及有限元分析[D];华北电力大学;2013年

4 陈晴;船用复合材料螺旋桨性能预报及优化设计[D];上海交通大学;2013年

5 曲文浩;航空发动机压气机叶片的静力学及模态分析[D];东北大学;2012年

6 张春丽;复合材料风力机叶片结构设计[D];同济大学;2007年

本文编号：2711661