航空發(fā)動機渦輪盤的壽命預(yù)測及可靠性研究.pdf

1、渦輪盤是航空發(fā)動機上的關(guān)鍵零部件，其在極端環(huán)境下承受著高溫高轉(zhuǎn)速的復(fù)雜載荷，主要功效是安裝和固定渦輪葉片并擔(dān)負(fù)著動力傳遞的任務(wù)。渦輪盤承受的載荷主要是溫度載荷和離心載荷，此外還有通過盤榫連接而傳遞的葉片的離心載荷以及氣動載荷。隨著航空發(fā)動機推重比的不斷提高，航空發(fā)動機動力不斷增強，渦輪盤所承受的離心載荷和溫度載荷也在不斷的加大，渦輪盤內(nèi)部應(yīng)力顯著增加。渦輪盤的失效形式主要有低周疲勞、破裂失效、振動開裂以及形變過大失效。其中反復(fù)載荷作用產(chǎn)

2、生的疲勞損傷和高溫變形下的蠕變損傷引起的低周疲勞失效是其主要失效形式。本文主要利用有限元法計算了渦輪盤在離心載荷、溫度載荷和葉片作用在渦輪盤上的離心力三種載荷作用下的渦輪盤強度分析、應(yīng)力分析，并根據(jù)強度應(yīng)力分析結(jié)果計算了渦輪盤的低周疲勞壽命，最后完成了渦輪盤的運行可靠性分析。
　　首先，本文根據(jù)渦輪盤的結(jié)構(gòu)特點，針對航空發(fā)動機渦輪盤進(jìn)行了有限元建模分析，并賦予了渦輪盤GH4133B的材料參數(shù)；根據(jù)渦輪盤的載荷特點對渦輪盤三維模型進(jìn)

3、行了加載載荷以及邊界條件，之后利用Abaqus軟件模擬分析出了渦輪盤元件在最大轉(zhuǎn)速以及慢車轉(zhuǎn)速下的應(yīng)力應(yīng)變分布結(jié)果。
　　然后，本文進(jìn)行了航空發(fā)動機渦輪盤的低循環(huán)壽命預(yù)測，確定了其應(yīng)力集中系數(shù)，并利用古德曼法將作用于渦輪盤上的非對稱循環(huán)載荷轉(zhuǎn)化成對稱循環(huán)載荷，最后利用名義應(yīng)力法中的S-N曲線法預(yù)測了渦輪盤的疲勞壽命。此外，應(yīng)用了渦輪盤材料的疲勞性能參量以及上一章得到的航空發(fā)動機渦輪盤的局部應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果，利用局部應(yīng)力應(yīng)變法之中的修正

4、的莫羅公式和修正的曼森-科芬方程對該型航空發(fā)動機渦輪盤進(jìn)行了疲勞壽命的預(yù)測，并將三種模型得出的壽命預(yù)測結(jié)果做以對比分析，最終考慮了危險部位數(shù)目對渦輪盤元件的疲勞壽命的影響，對航空發(fā)動機渦輪盤的低循環(huán)壽命預(yù)測值作以修正。
　　在求得航空發(fā)動機渦輪盤壽命預(yù)測模型的基礎(chǔ)之上，利用材料試件的疲勞試驗數(shù)據(jù)擬合出服從對數(shù)正態(tài)分布的GH4133B材料試件的疲勞壽命概率分布；利用零件與材料試件之間的分布關(guān)系擬合出渦輪盤元件的低循環(huán)疲勞壽命概率分布