航空发动机涡轮盘低循环疲劳/蠕变概率寿命预测与寿命增长评估

【类型】学位论文

【作者】张冰 

【关键词】 航空发动机涡轮盘 概率寿命 载荷谱 低循环疲劳/蠕变 寿命增长

【摘要】航空发动机涡轮盘在高温、高转速条件下工作，低循环疲劳和蠕变是其主要的损伤形式，涡轮盘寿命短暂、故障率高，是决定发动机使用寿命的关键部件。影响涡轮盘寿命的相关因素大部分都存在着一定的不确定性，要完全消除这种不确定性从理论上讲是不可能的，从经济上考虑也是不可取的，承认不确定性的存在并考虑其对涡轮盘寿命的影响比单独从数值上消除或降低它更加经济有效。因此，研究航空发动机涡轮盘的低循环疲劳/蠕变交互作用下的概率寿命预测变得十分有意义。同时，航空发动机在研制过程中采用的设计载荷谱与实际外场的使用载荷谱一般均存在着一定的差异，使用载荷谱要比设计载荷谱较轻，因此通过载荷谱研究进行发动机涡轮盘的寿命增长评估，在保证安全可靠性的基础上，充分挖掘材料的寿命潜力，可以有效地提高经济性。本文建立了一套从航空发动机涡轮盘载荷谱编制、应力/应变响应分析、低循环疲劳/蠕变寿命预测到寿命增长评估的概率分析体系。首先，研究了航空发动机涡轮盘设计载荷谱与使用载荷谱及其概率特性的确定方法；然后，在考虑几何参数、材料参数和载荷参数随机性的情况下，计算涡轮盘结构在不同载荷作用下的应力/应变响应及其概率特性；之后，建立在低循环疲劳、蠕变以及两者耦合作用失效模式下涡轮盘概率寿命的预测模型，对涡轮盘在不同载荷谱下的低循环疲劳/蠕变寿命进行概率分析；同时，阐述了基于设计载荷谱、设计寿命和修理技术的航空发动机涡轮盘寿命增长评估方案；最后，以典型在役航空发动机涡轮盘概率寿命预测和寿命增长评估为例验证了这套概率分析体系在工程上的可行性。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】王建军

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