某型航空發(fā)動機低壓壓氣機輪盤疲勞可靠性分析.pdf

1、輪盤是航空發(fā)動機的主要組成部分，是發(fā)動機的關(guān)鍵轉(zhuǎn)動部件之一。常見的導致輪盤失效的因素有低循環(huán)疲勞、振動、屈曲、蠕變等。隨著現(xiàn)代航空發(fā)動機推重比的不斷提高，輪盤的設計應力水平大幅提高，低循環(huán)疲勞失效逐漸成為輪盤最主要的失效形式之一。低循環(huán)疲勞失效多發(fā)生在輪盤榫槽底部應力集中較嚴重的部位。在榫槽底部應力呈現(xiàn)復雜的多軸狀態(tài)，傳統(tǒng)的疲勞分析都是基于單軸應力，很顯然這兩種應力狀態(tài)有著很大的不同。另一方面，從可靠性的角度來說，輪盤也是一個系統(tǒng)。壓氣

2、機輪盤由24個榫槽組成，任一榫槽破壞均導致輪盤的損壞，顯然輪盤可以看作是由榫槽組成的串聯(lián)系統(tǒng)。然而，如果用單元獨立失效假設的串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型來計算輪盤系統(tǒng)的可靠度，結(jié)果將明顯小于真實值，這是因為各榫槽之間并不是相互獨立的，即各榫槽之間存在失效相關(guān)性。 本文通過理論分析與試驗研究相結(jié)合的研究方法，就輪盤疲勞可靠性分析的方法與可靠性模型的建立進行了深入研究，主要內(nèi)容如下： (1)對現(xiàn)有輪盤疲勞可靠性分析的方法進行了評述

3、，對輪盤材料進行了應變控制的低循環(huán)疲勞試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進行了回歸處理，引入了歐文乘子法來獲得給定可靠度和置信度的參數(shù)估計值和應變壽命曲線。 (2)以有限元分析和標準試件疲勞試驗為基礎，通過有限元分析的方法，細致分析了輪盤處于工作狀態(tài)時，葉片榫頭的接觸應力對榫槽底部應力狀態(tài)的影響。在詳細分析榫槽應力狀態(tài)的基礎上，確定了輪盤的臨界平面。應用臨界平面法進行輪盤的疲勞壽命評估，充分考慮了多軸應力狀態(tài)對疲勞壽命的影響，具有更高的精度。

4、 (3)對影響輪盤疲勞壽命的各因素進行了敏度分析，給出了疲勞壽命對各相關(guān)參數(shù)的敏度曲線。通過比較疲勞壽命對各參量的敏度值，確定了對疲勞壽命影響較大的參量，并作為可靠性設計的基礎。 (4)通過Monte-Carlo數(shù)字仿真進行了輪盤的模擬試驗，利用概率權(quán)重矩法進行了試驗結(jié)果的擬合，確定了輪盤疲勞壽命的分布形式，建立了輪盤零部件的疲勞可靠性模型。 (5)通過系統(tǒng)的觀點來考慮輪盤作為一個系統(tǒng)的可靠性，輪盤是一個由

5、榫槽組成的串聯(lián)系統(tǒng)。然而由于各榫槽的失效并不是相互獨立的，而是具有相關(guān)性，用各單元獨立的串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型來計算輪盤的可靠性顯然不符合輪盤的真實情況。輪盤是一個單元失效相關(guān)的串聯(lián)系統(tǒng)，本文通過計算機數(shù)字仿真的方法，對輪盤系統(tǒng)進行了可靠性評估，仿真結(jié)果與理論分析相符合。 (6)系統(tǒng)介紹了輪盤疲勞可靠性分析程序的編制方法和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架，在程序中用到了面向?qū)ο蟮哪K化設計方法。程序具有很好的穩(wěn)健性、可擴展性和可重用性。