渦扇發(fā)動機高壓壓氣機葉片裂紋萌生及擴展壽命預測研究.pdf

1、高壓壓氣機葉片是渦扇發(fā)動機的關鍵轉動件，其可靠性直接影響發(fā)動機性能和飛行安全。在發(fā)動機服役期間，疲勞斷裂是高壓壓氣機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展。若葉片在工作過程中發(fā)生疲勞斷裂，除了影響發(fā)動機性能外，高速脫離的碎片將對整個轉子系統(tǒng)及機匣造成嚴重的二次損傷，研究高壓壓氣機葉片的疲勞裂紋萌生和擴展問題對提高航空發(fā)動機可靠性有著重要意義。葉片壽命評估貫穿于發(fā)動機設計、制造、使用以及維修整個全壽命周期，因此，考慮航空發(fā)

2、動機工況復雜多變的特點，建立準確的高壓壓氣機葉片疲勞壽命預測模型具有重要的科學意義和工程應用價值。Ti–6Al–4V鈦合金以其優(yōu)異的中高溫力學性能成為高壓壓氣機葉片的主要制造材料，本文采取葉片材料疲勞試驗和模擬仿真相結合的方式，對高壓壓氣機葉片裂紋萌生及擴展壽命進行研究預測，主要內容包括：
　　進行Ti–6Al–4V鈦合金葉片模擬試件振動疲勞試驗，包括恒幅加載、變幅加載和裂紋擴展試驗，分析變幅載荷應力差、循環(huán)比等參數(shù)變化對變幅加載

3、下葉片疲勞壽命的影響。研究葉片的裂紋萌生及擴展規(guī)律，利用超景深顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀測疲勞斷口微觀特征，進一步探討應力比、過載、高低周復合加載等變幅加載因素對葉片裂紋擴展速率的影響。
　　基于Haddad小裂紋理論，結合Chaboche損傷累積模型和Walker裂紋擴展模型，考慮壓氣機葉片載荷譜包含多應力比、過載、變幅加載等特性，建立一個既可預測裂紋萌生壽命、又可預測裂紋擴展壽命的綜合壽命模型。
　　葉片振動特性分析可以為

4、損傷識別提供幫助，而損傷程度是裂紋擴展壽命預測的主要依據(jù)。建立裂紋葉片幾何模型和有限元模型，分析裂紋參數(shù)（裂紋長度、裂紋位置）變化對葉片振動特性的影響規(guī)律，探討裂紋參數(shù)變化引起的葉片頻率轉向和振型轉換等耦合振動問題；基于裂紋葉片振動特性分析結果和RBF神經網絡理論，對葉片裂紋參數(shù)識別進行研究。
　　根據(jù)發(fā)動機實際運行中的典型工況，將航空發(fā)動機運行狀態(tài)簡化為5種典型工作循環(huán)，并編制轉速譜。綜合考慮低周離心載荷、穩(wěn)態(tài)氣動載荷和高周振動