某航空发动机涡轮叶片动态可靠性建模与分析

【类型】学位论文

【作者】曾波 

【关键词】 强度 有限元分析,涡轮叶片 动态可靠性 载荷循环次数 应力

【摘要】涡轮叶片作为航空发动机的关键部件之一，在很大程度上决定着发动机性能的优劣、工作是否可靠等。在运转状态下，涡轮叶片不仅承受巨大的离心力，随温度变化而产生的热应力，以及高温高压燃气所致的气动力等交变载荷的作用，而且随着工作温度和载荷循环次数的变化，在高温下工作的涡轮叶片极有可能出现蠕变损伤和疲劳损伤。随着工作温度的升高，叶片的力学性能逐渐降低，其安全裕度出现较大程度的下降，进而引起叶片的疲劳破坏。本文正是针对上述问题，以某型航空发动机低压涡轮叶片为研究对象，在深入分析叶片故障模式的基础上，根据应力-强度分布干涉理论，并考虑载荷循环次数的影响，建立了某故障模式下涡轮叶片的动态可靠性分析模型。论文的主要工作如下：（1）考虑载荷作用次数对可靠性的影响，在机械零件强度不随时间变化的情况下，分析并讨论在单一及多种故障模式下零件的动态可靠性。（2）根据非接触式测量设备扫描得到涡轮叶片的空间数据点，借助逆向造型软件Imageware构造叶片的特征曲线、曲面，并对重建的曲面进行诊断和质量评估。若曲面的精度达到相应的用户要求，再对其实施一定的操作构建完整叶片壳体。利用三维建模软件UG，采用一系列的操作构建叶片三维实体模型。（3）利用ANSYS Workbench建立涡轮叶片的有限元分析模型。由于涡轮叶片主要承受离心力、热应力、气动力三种载荷的作用，利用流体分析模块Fluid Flow（CFX）对涡轮叶片进行流场仿真，得到叶片的温度场以及压力场，并根据相应的模块计算叶片的热应力。在不同的工况下，对叶片施加相应的转速、载荷及边界条件，利用静力分析模块Static Structural计算叶片的应力及变形量。（4）根据发动机的工作特点，将发动机每一次“启动-运转-停车”的工作状态考虑为载荷作用一次，建立载荷循环n次时等效载荷的分布。根据机械零件的动态可靠性模型，考虑涡轮叶片不同的故障模式，分析在单一故障模式及其多种故障模式下叶片的动态可靠性。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】电子科技大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】黄洪钟

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