航空发动机涡轮转子结构寿命评估方法研究

【类型】学位论文

【作者】曹建中 

【关键词】 涡轮转子 低循环疲劳 高循环疲劳 蠕变 寿命评估

【摘要】航空发动机中的涡轮转子结构包含叶片、轮盘以及连接叶盘的榫头/榫槽结构,是发动机最主要的结构件之一,属于高温、高负荷的典型热端部件,其可靠性与结构完整性对发动机而言具有十分重要的意义。根据航空发动机涡轮转子结构的设计特点和工作环境,结合国内外对寿命评估的研究成果,本文研究了发动机涡轮转子结构的寿命评估方法,具体内容如下:1.研究了低循环疲劳的基本理论及定寿方法。根据疲劳载荷谱的含义和处理方法出发,以局部应力应变分析法为主要研究对象,明确了该方法的基本原理、计算流程和适用范围。2.以涡轮转子的中易产生高循环疲劳失效的涡轮叶片为主要对象,研究了高循环疲劳寿命理论及定寿方法。首先阐述了叶片的共振分析方法。在材料S-N曲线的基础上,确定了等幅载荷下高循环疲劳寿命的评估方法,在此基础上进一步介绍了复杂载荷作用下的疲劳累积损伤理论。3.针对热端部件的工作环境,研究了蠕变持久寿命分析方法。介绍了蠕变的基本概念以及蠕变寿命分析的基本方法,并根据国内外发动机研制经验,提出了涡轮结构抗蠕变设计要求和设计方法。4.针对某小型涡扇发动机,采用三维流固耦合方法分析了涡轮结构的温度分布,并通过对涡轮结构进行整体建模,采用弹塑性有限元方法计算了结构的应力-应变。利用Larson-Miller方程计算蠕变寿命,然后采用Manson Coffin方程计算低循环疲劳寿命,并根据共振分析结果分析了高循环疲劳的影响,确定了榫齿齿根倒圆位置为寿命薄弱环节,最终给定了102次工作循环作为结构的预期寿命。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】哈尔滨工业大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】齐乃明

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