某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓壓氣機(jī)輪盤(pán)疲勞可靠性分析.pdf

1、輪盤(pán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要組成部分，是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)部件之一。常見(jiàn)的導(dǎo)致輪盤(pán)失效的因素有低循環(huán)疲勞、振動(dòng)、屈曲、蠕變等。隨著現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的不斷提高，輪盤(pán)的設(shè)計(jì)應(yīng)力水平大幅提高，低循環(huán)疲勞失效逐漸成為輪盤(pán)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(pán)榫槽底部應(yīng)力集中較嚴(yán)重的部位。在榫槽底部應(yīng)力呈現(xiàn)復(fù)雜的多軸狀態(tài)，傳統(tǒng)的疲勞分析都是基于單軸應(yīng)力，很顯然這兩種應(yīng)力狀態(tài)有著很大的不同。另一方面，從可靠性的角度來(lái)說(shuō)，輪盤(pán)也是一個(gè)系統(tǒng)。壓氣

2、機(jī)輪盤(pán)由24個(gè)榫槽組成，任一榫槽破壞均導(dǎo)致輪盤(pán)的損壞，顯然輪盤(pán)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(dú)立失效假設(shè)的串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型來(lái)計(jì)算輪盤(pán)系統(tǒng)的可靠度，結(jié)果將明顯小于真實(shí)值，這是因?yàn)楦鏖静壑g并不是相互獨(dú)立的，即各榫槽之間存在失效相關(guān)性。 本文通過(guò)理論分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合的研究方法，就輪盤(pán)疲勞可靠性分析的方法與可靠性模型的建立進(jìn)行了深入研究，主要內(nèi)容如下： (1)對(duì)現(xiàn)有輪盤(pán)疲勞可靠性分析的方法進(jìn)行了評(píng)述

3、，對(duì)輪盤(pán)材料進(jìn)行了應(yīng)變控制的低循環(huán)疲勞試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸處理，引入了歐文乘子法來(lái)獲得給定可靠度和置信度的參數(shù)估計(jì)值和應(yīng)變壽命曲線。 (2)以有限元分析和標(biāo)準(zhǔn)試件疲勞試驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)有限元分析的方法，細(xì)致分析了輪盤(pán)處于工作狀態(tài)時(shí)，葉片榫頭的接觸應(yīng)力對(duì)榫槽底部應(yīng)力狀態(tài)的影響。在詳細(xì)分析榫槽應(yīng)力狀態(tài)的基礎(chǔ)上，確定了輪盤(pán)的臨界平面。應(yīng)用臨界平面法進(jìn)行輪盤(pán)的疲勞壽命評(píng)估，充分考慮了多軸應(yīng)力狀態(tài)對(duì)疲勞壽命的影響，具有更高的精度。

4、 (3)對(duì)影響輪盤(pán)疲勞壽命的各因素進(jìn)行了敏度分析，給出了疲勞壽命對(duì)各相關(guān)參數(shù)的敏度曲線。通過(guò)比較疲勞壽命對(duì)各參量的敏度值，確定了對(duì)疲勞壽命影響較大的參量，并作為可靠性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 (4)通過(guò)Monte-Carlo數(shù)字仿真進(jìn)行了輪盤(pán)的模擬試驗(yàn)，利用概率權(quán)重矩法進(jìn)行了試驗(yàn)結(jié)果的擬合，確定了輪盤(pán)疲勞壽命的分布形式，建立了輪盤(pán)零部件的疲勞可靠性模型。 (5)通過(guò)系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)考慮輪盤(pán)作為一個(gè)系統(tǒng)的可靠性，輪盤(pán)是一個(gè)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(dú)立的，而是具有相關(guān)性，用各單元獨(dú)立的串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型來(lái)計(jì)算輪盤(pán)的可靠性顯然不符合輪盤(pán)的真實(shí)情況。輪盤(pán)是一個(gè)單元失效相關(guān)的串聯(lián)系統(tǒng)，本文通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的方法，對(duì)輪盤(pán)系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性評(píng)估，仿真結(jié)果與理論分析相符合。 (6)系統(tǒng)介紹了輪盤(pán)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(shè)計(jì)方法。程序具有很好的穩(wěn)健性、可擴(kuò)展性和可重用性。