典型航空發(fā)動機(jī)輪盤破裂失效研究.pdf

1、輪盤是航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部件之一，承受復(fù)雜的載荷。輪盤的破裂大多是非包容的，往往會引起災(zāi)難性的后果。航空發(fā)動機(jī)在保證自身性能外，應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度裕度，以避免輪盤破裂現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上盡可能減少航空發(fā)動機(jī)輪盤的質(zhì)量，提高發(fā)動機(jī)的推重比。因此，準(zhǔn)確預(yù)測輪盤強(qiáng)度（破裂轉(zhuǎn)速）具有十分重要的意義，而整體式葉盤是下一代高推比航空發(fā)動機(jī)中使用的典型結(jié)構(gòu)件。本論文在國內(nèi)外研究工作的基礎(chǔ)上，針對某鼓筒結(jié)構(gòu)整體葉盤和某壓氣機(jī)整體葉盤的強(qiáng)度分析

2、及破裂轉(zhuǎn)速預(yù)測進(jìn)行了深入的研究。論文的主要工作和貢獻(xiàn)如下：
　　1、開展盤用鈦合金材料TC17常溫及高溫條件下拉伸性能試驗(yàn)，獲得了TC17材料在常溫及200℃條件下的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線。試驗(yàn)表明，在單向拉伸載荷作用下，TC17材料在拉伸斷裂前先發(fā)生塑性變形。隨著載荷的增加，塑性變形逐漸增大，直至材料發(fā)生斷裂失效。通過拉伸試樣的斷口電鏡掃描圖片，了解TC17材料的斷裂形式。
　　2、根據(jù)拉伸試驗(yàn)得到的材料性能數(shù)據(jù)，利用彈塑性有

3、限元分析方法對輪盤進(jìn)行有限元分析。通過彈塑性有限元分析求解得到輪盤的應(yīng)力應(yīng)變、直徑增長及應(yīng)力三軸度。研究結(jié)果表明：與工程中常用的平均應(yīng)力法相比，利用彈塑性有限元分析能夠更為準(zhǔn)確地求解輪盤應(yīng)力應(yīng)變，可以作為航空發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)的有效手段；輪盤在發(fā)生破裂失效前，直徑增長有可能已經(jīng)超過了限制值，在進(jìn)行航空發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮輪盤破裂轉(zhuǎn)速與直徑增長的限制。
　　3、設(shè)計(jì)了一種旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下測試輪盤表面應(yīng)變-溫度方案。開展某鼓筒結(jié)構(gòu)整體葉盤輪盤表

4、面應(yīng)變-溫度測試試驗(yàn)，得出了輪盤在試驗(yàn)過程中測試點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)值，試驗(yàn)驗(yàn)證了有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，并分析了測試系統(tǒng)產(chǎn)生誤差的原因。實(shí)現(xiàn)了對于整體式葉盤真實(shí)件，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下（22800r/min）輪盤表面應(yīng)變的測試試驗(yàn)。
　　4、對某鼓筒結(jié)構(gòu)整體葉盤和某壓氣機(jī)整體葉盤開展超轉(zhuǎn)、破裂試驗(yàn)。通過超轉(zhuǎn)破裂試驗(yàn)得出了輪盤殘余變形-轉(zhuǎn)速關(guān)系以及輪盤真實(shí)破裂轉(zhuǎn)速及輪盤破裂形式，驗(yàn)證了輪盤破裂轉(zhuǎn)速理論預(yù)測值的準(zhǔn)確性。同一材料及結(jié)構(gòu)形式的輪盤，輪盤破