渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)葉片裂紋萌生及擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)研究.pdf

1、高壓壓氣機(jī)葉片是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)件，其可靠性直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能和飛行安全。在發(fā)動(dòng)機(jī)服役期間，疲勞斷裂是高壓壓氣機(jī)葉片的主要失效形式，裂紋在交變載荷作用下逐步萌生并擴(kuò)展。若葉片在工作過程中發(fā)生疲勞斷裂，除了影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能外，高速脫離的碎片將對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)及機(jī)匣造成嚴(yán)重的二次損傷，研究高壓壓氣機(jī)葉片的疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展問題對(duì)提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性有著重要意義。葉片壽命評(píng)估貫穿于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造、使用以及維修整個(gè)全壽命周期，因此，考慮航空發(fā)

2、動(dòng)機(jī)工況復(fù)雜多變的特點(diǎn)，建立準(zhǔn)確的高壓壓氣機(jī)葉片疲勞壽命預(yù)測(cè)模型具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。Ti–6Al–4V鈦合金以其優(yōu)異的中高溫力學(xué)性能成為高壓壓氣機(jī)葉片的主要制造材料，本文采取葉片材料疲勞試驗(yàn)和模擬仿真相結(jié)合的方式，對(duì)高壓壓氣機(jī)葉片裂紋萌生及擴(kuò)展壽命進(jìn)行研究預(yù)測(cè)，主要內(nèi)容包括：
　　進(jìn)行Ti–6Al–4V鈦合金葉片模擬試件振動(dòng)疲勞試驗(yàn)，包括恒幅加載、變幅加載和裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，分析變幅載荷應(yīng)力差、循環(huán)比等參數(shù)變化對(duì)變幅加載

3、下葉片疲勞壽命的影響。研究葉片的裂紋萌生及擴(kuò)展規(guī)律，利用超景深顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀測(cè)疲勞斷口微觀特征，進(jìn)一步探討應(yīng)力比、過載、高低周復(fù)合加載等變幅加載因素對(duì)葉片裂紋擴(kuò)展速率的影響。
　　基于Haddad小裂紋理論，結(jié)合Chaboche損傷累積模型和Walker裂紋擴(kuò)展模型，考慮壓氣機(jī)葉片載荷譜包含多應(yīng)力比、過載、變幅加載等特性，建立一個(gè)既可預(yù)測(cè)裂紋萌生壽命、又可預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展壽命的綜合壽命模型。
　　葉片振動(dòng)特性分析可以為

4、損傷識(shí)別提供幫助，而損傷程度是裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)的主要依據(jù)。建立裂紋葉片幾何模型和有限元模型，分析裂紋參數(shù)（裂紋長(zhǎng)度、裂紋位置）變化對(duì)葉片振動(dòng)特性的影響規(guī)律，探討裂紋參數(shù)變化引起的葉片頻率轉(zhuǎn)向和振型轉(zhuǎn)換等耦合振動(dòng)問題；基于裂紋葉片振動(dòng)特性分析結(jié)果和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，對(duì)葉片裂紋參數(shù)識(shí)別進(jìn)行研究。
　　根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的典型工況，將航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)簡(jiǎn)化為5種典型工作循環(huán)，并編制轉(zhuǎn)速譜。綜合考慮低周離心載荷、穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)載荷和高周振動(dòng)