航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸疲勞壽命計(jì)算分析.pdf

1、作為飛機(jī)的動(dòng)力源,航空發(fā)動(dòng)機(jī)可靠壽命直接影響飛機(jī)整機(jī)壽命,而航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命很大程度上取決于其主要零部件的壽命。我國(guó)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件疲勞壽命計(jì)算分析研究方面起步較晚,目前還沒(méi)有形成規(guī)范的疲勞壽命計(jì)算分析流程和標(biāo)準(zhǔn)。其中,低壓渦輪軸作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的斷裂關(guān)鍵件,其可靠壽命的研究對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)疲勞壽命計(jì)算分析以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性研究具有重要意義。
　　低壓渦輪軸的失效模式主要有疲勞、磨損、變形、韌性和脆性斷裂,其中疲勞失效

2、是最主要的失效模式。低壓渦輪軸在運(yùn)行過(guò)程中承受著復(fù)合載荷,主要載荷有工作扭矩、軸向力、彎矩和振動(dòng)扭矩,其中工作扭矩和軸向力產(chǎn)生低循環(huán)疲勞損傷,而彎矩和振動(dòng)扭矩造成高循環(huán)疲勞損傷。
　　結(jié)合某航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)疲勞壽命計(jì)算分析課題研究,為了積累航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件疲勞壽命計(jì)算分析的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù),促進(jìn)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件疲勞壽命計(jì)算分析的標(biāo)準(zhǔn)形成,本文以某航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸為研究對(duì)象,對(duì)其開(kāi)展疲勞壽命計(jì)算分析方法研究。本論文主要研究工

3、作包括:
　　(1)通過(guò)對(duì)低壓渦輪軸結(jié)構(gòu)分析,將使用載荷譜轉(zhuǎn)化為疲勞壽命計(jì)算分析研究中需要的計(jì)算載荷譜。模擬低壓渦輪軸在實(shí)際工作環(huán)境下的載荷條件和邊界約束,利用有限元分析方法對(duì)其進(jìn)行受力分析和應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算,得到其危險(xiǎn)部位和對(duì)應(yīng)的等效應(yīng)力應(yīng)變。在此基礎(chǔ)上,求出危險(xiǎn)部位處最小截面的平均等效應(yīng)力值,計(jì)算出渦輪軸的理論應(yīng)力集中系數(shù)。
　　(2)對(duì)低壓渦輪軸在高、低循環(huán)載荷單獨(dú)作用的情形,分別采用名義應(yīng)力法和局部應(yīng)力應(yīng)變法對(duì)其進(jìn)行疲勞

4、損傷預(yù)測(cè)評(píng)估,計(jì)算出渦輪軸在不同循環(huán)載荷作用下的疲勞損傷。最后利用 Miner線(xiàn)性累積損傷法則得到渦輪軸在復(fù)合載荷下的累積損傷并計(jì)算出其安全循環(huán)壽命。
　　(3)考慮疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證的重要性和疲勞壽命計(jì)算分析研究的需要,對(duì)低壓渦輪軸疲勞試驗(yàn)載荷進(jìn)行了計(jì)算分析。在渦輪軸的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)載荷基礎(chǔ)上,通過(guò)計(jì)算多項(xiàng)載荷修正系數(shù),采用載荷散度系數(shù)法計(jì)算出了疲勞試驗(yàn)載荷。通過(guò)對(duì)高、低循環(huán)載荷試驗(yàn)頻率的確定,制訂了用于疲勞試驗(yàn)的復(fù)合載荷譜。并對(duì)低壓渦輪軸