航空发动机压气机叶片的静力学及模态分析

【类型】学位论文

【作者】曲文浩 

【关键词】 航空发动机 压气机叶片 静力学 振动响应

【摘要】叶片是航空发动机的主要零件之一,在工作中起着转换能量的作用,常被称为发动机的心脏。其质量的好坏直接影响到发动机的工作效率和运行可靠性。叶片的工作环境比较恶劣,除了承受高速旋转的气动力、离心力和振动负荷外,还要受到热应力的作用。它的结构设计质量,直接关系到发动机的性能、耐久性、可靠性和寿命。压气机叶片数量多,大小不等,发动机在大转速工作时,叶片离心力很大。若有裂纹时容易发生断裂,叶片折断通常都会将本级及其后边几级的静子和转子叶片打伤、打断或使其产生严重变形。大型叶片的断裂还会击穿机匣,打坏飞机零件,可能使飞机发动机无法继续工作,造成重大事故。在发动机结构性故障中,叶片方面的故障占相当高的比例,如有的发动机,因叶片的裂纹或折断而返厂的数量占出厂总数的比例高达6.84%。我国在役使用和在研发的军用航空发动机中,几乎无一例外地发生过叶片的故障问题,严重地影响了发动机的使用安全,是发动机技术质量问题中最突出的问题。叶片故障的性质严重、机理复杂,改进难度大、处理周期长。分析叶片故障产生的原因,其故障性质主要有：叶片氧化腐蚀及外物损伤、蠕变变形和蠕变应力断裂、振动引起的高循环疲劳、包括热疲劳在内的低循环疲劳、应力断裂等。其中因振动导致的叶片高周疲劳问题尤为普遍、复杂,约占总事故的25%。因此,有必要在叶片的设计过程中建立合适的有限元模型并进行静强度和振动模态及响应分析。本文的主要研究内容大致可以归为以下几个方面：第一、了解国内外在叶片强度方面的研究现状,研究国内外在叶片强度方面的新技术、新方法,充分借鉴国外先进的叶片强度设计体系,对叶片进行强度分析。第二、针对某发动机压气机叶片,建立详实的三维有限元分析模型,评价叶片的静强度储备是否满足设计准则的要求,进而对叶片结构进行强度设计优化。同时给出叶片的变形和应力分布图,为叶片的扭转恢复角和间隙的分析提供更为详实和可靠的数据。第三、针对某发动机压气机叶片采用常规的有限元方法及一种考虑干摩擦非线性的响应求解方法,对叶片的振动响应进行分析。通过对比这两种计算结果,分析了这两种方法的优缺点,为工程计算提供参考。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】东北大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】王宛山

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