航空发动机零部件多轴疲劳寿命预测方法研究

【类型】学位论文

【作者】王相平 

【关键词】 多轴疲劳,寿命,航空发动机零部件

【摘要】研究准确的寿命预测分析方法及提高零部件的抗疲劳能力，是受到广泛重视的课题。由于结构几何形状复杂及承受多种类型的载荷，航空发动机主要零部件在工作中有可能处于循环多轴应力状态，甚至循环多轴非比例加载应力状态，准确的低循环疲劳寿命预测需要考虑多轴应力状态的影响，研究和应用相应的寿命预测方法。本文主要针对多轴应力状态下的局部应力应变、多轴低循环疲劳寿命预测模型及对应多轴疲劳理论的材料参数近似确定方法等方面进行研究，并应用到航空发动机涡轮盘及涡轮工作叶片的低循环疲劳寿命预测分析中。首先，研究了多轴应力状态下的局部应力应变近似计算方法。通过不同材料、试件及载荷形式下近似方法与弹塑性有限元法的比较表明， 采用多轴Glinka方法计算局部的应变、多轴Neuber方法计算的局部应力与弹塑性有限元结果吻合的比较好。在多轴非比例加载不很明显、 同时考虑非比例加载的硬化影响的前提下，增量形式的Glinka法得到的总局部应力应变范围与弹塑性有限元结果接近。然后，分析已提出的多轴疲劳预测模型，主要从能否考虑平均应力的影响、能否考虑非比例加载的影响及预测与试验结果比较等方面对三种类型共计八种多轴疲劳理论进行比较进行分析，明确不同的多轴疲劳理论使用方法。同时，考虑到多轴疲劳理论需要相应的多轴应力状态下的材料性能参数，目前条件的限制还不能得到，因此研究了利用单轴材料参数近似确定多轴应力状态下的材料参数的方法。最后，将所研究的方法应用到航空发动机涡轮盘及涡轮工作叶片的寿命预测分析中。限于目前国内缺乏全面的试件和构件的低循环疲劳试验结果，还不能对不同的多轴疲劳理论的预测精度作深入的比较分析。本文的研究工作可以为进一步在航空发动机主要零部件低循环疲劳寿命预测分析中应用多轴疲劳理论打下基础。

【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】杨晓光

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