增压器涡轮箱疲劳分析与寿命预测

作为增压器核心零部件,涡轮箱的疲劳失效主要由热载荷引起。结合汽车发动机可靠性试验方法规范,通过CFD、FEA仿真和FEMFAT疲劳,计算分析增压器在不同工况下的温度及累积塑性应变分布情况和涡轮箱危险部位的疲劳损伤,对涡轮箱的疲劳寿命进行预测分析,经过计算分析该涡轮箱疲劳寿命约为1490 h,能够满足实际使用要求。     

定向凝固合金涡轮叶片的低周疲劳寿命研究

对某发动机DZ4定向凝固高温合金涡轮叶片进行了有限元应力分析，应力分析中考虑了发动机实际工作过程中的离心载荷和不均匀温度引起的热负荷。利用应力分析结果和该材料的疲劳特性计算了1次飞行起落过程造成的发动机低循环疲劳损伤和900h飞行的总损伤，根据损伤等效原理，确定了试验规定条件下与900h飞行等效的试验谱以及试验寿命折算为飞行小时寿命的计算公式。     

某型发动机涡轮盘温度及应力计算分析

低循环疲劳是导致航空发动机涡轮盘失效的主要因素之一。以某型发动机的涡轮盘为研究对象,建立该涡轮盘的有限元模型并对其在最大工作状态下的温度和应力进行了分析计算,确定了涡轮盘热弹性应力和径向应力最大的1/4辐板处为低循环疲劳试验的考核部位,其工作温度为试验温度,为后续的低循环疲劳试验奠定了基础。     

航天发动机涡轮有限元结构和疲劳分析

运用Nastrsan对航天发动机涡轮进行有限元计算分析,得出应力屈服最先发生在涡轮与叶片交汇处、过渡曲线区域是疲劳损伤危险区域的结论,并给出15个疲劳损伤最危单元点,为提高发动机涡轮寿命提供了新的研究方法和参考依据.     

航天发动机涡轮有限元结构和疲劳分析

运用Nastrsan对航天发动机涡轮进行有限元计算分析,得出应力屈服最先发生在涡轮与叶片交汇处、过渡曲线区域是疲劳损伤危险区域的结论,并给出15个疲劳损伤最危单元点,为提高发动机涡轮寿命提供了新的研究方法和参考依据。     

某型航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命分析

确定发动机零部件的最大应力应变循环是进行零部件寿命研究的重要内容之一.弹塑性有限元分析常用于计算最大应力应变循环,但是由于各种载荷、约束等条件考虑不全面,得到的应力应变循环往往偏大.同时,某些零部件的瞬态温度场是决定其疲劳强度和使用寿命的重要因素,而获得准确的瞬态温度场是非常困难的.文中对某型发动机的高压涡轮盘进行疲劳试验条件下弹塑性有限元分析,对一台涡轮盘的残余应力进行测试,利用稳态温度场计算涡轮盘危险点最大应力应变循环,并根据弹塑性有限元分析和通过残余应力测试得到的最大应力应变循环进行低循环疲劳寿命预测.研究结果表明,弹塑性有限元分析法预测的寿命偏低,由残余应力可以较准确地确定最大应力应变循环.     

增压器涡轮叶片疲劳蠕变寿命预测方法

根据径流式增压器涡轮的结构与工作特点,分析了涡轮叶片的载荷与应力空间分布特征;针对增压器涡轮由疲劳与蠕变交互作用引起的叶根断裂失效模式,研究了增压器涡轮叶片叶根的载荷与应力变化历程,建立了涡轮叶片叶根的载荷与应力描述方法;然后建立了增压器涡轮叶片叶根疲劳蠕变寿命预测方法及模型,并运用建立的模型对增压器涡轮叶片叶根进行了寿命评估。     

某涡轮盘低循环疲劳寿命预测及试验验证

使用有限元计算方法对某涡轮盘进行应力分析,得到涡轮盘应力分布和涡轮盘危险部位;采用局部应力应变法对该涡轮盘进行低循环疲劳寿命预测,证明该方法满足设计要求;对涡轮盘进行低循环疲劳试验,描述了试验加载方法,试验结果表明涡轮盘可满足5 200次寿命要求。     

基于QAR数据的高压涡轮叶片疲劳-蠕变寿命预测

基于发动机运行产生的快速存取记录器(Quick Access Recorder, QAR)数据，提取右发高压涡轮转速比N₂(高压涡轮实际工作转速与设计转速之比)编制涡轮叶片载荷谱。建立流热固耦合模型，结合QAR数据及热力分析确立计算所需热边界条件，采用有限元软件对流热固耦合问题进行求解，得到不同工况下高压涡轮叶片的温度、应力、应变分布。采用Manson-Coffin模型和Larson-Miller模型分别进行叶片疲劳、蠕变寿命的预测，重点分析了叶片有无冷却对于寿命的影响，最后通过线性损伤累积理论得到叶片的疲劳-蠕变寿命。结果表明，叶片考虑内冷问题后疲劳寿命有所提高、蠕变寿命显著提高，预测得到的疲劳-蠕变寿命和实际寿命相近，可用于发动机涡轮叶片剩余寿命的预测及维修计划的制定。     

某发动机增压器叶轮碎裂失效分析

本文针对某发动机进行前端轮系交变循环耐久过程中出现的增压器叶轮碎裂故障进行分析,明确叶轮碎裂失效原因为叶轮轮背结构设计不合理而导致应力集中叶轮碎裂,不满足试验要求。优化结构后根据试验边界完成仿真评估及试验验证。仿真计算及试验结果表明:优化结构后叶轮根部应力最大下降34%,叶轮疲劳寿命提升45%;采用改进方案搭载并完成发动机耐久试验,叶轮完好通过试验考核。     

Modal characteristics and fatigue strength of compressor blades

High-cycle fatigue (HCF) has been identified as one of the primary causes of gas turbine engine failure. The modal characteristics and endurance strength of a 5 MW gas turbine engine blade developed by Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. in HCF fracture were verified through analysis and tests to determine the reliability of the compressor blade. A compressor blade design procedure that considers HCF life was performed in the following order: airfoil and blade profile design, modal analysis, stress distribution test, stress endurance limit test, and fatigue life verification. This study analyzed the Campbell diagram and estimated resonance risk on the basis of the natural frequency analysis and modal test of the compressor blade to guarantee safe and operational reliability. In addition, the maximum stress point of the compressor blade was determined through stress distribution analysis and test. The bonding point of the strain gage was determined by using fatigue test. Stress endurance limit test was performed based on the results of these tests. This research compared and verified the modal characteristics and endurance strengths of the compressor blades to prevent HCF fracture, which is among the major causes of gas turbine engine damage. A fatigue life design procedure of compressor blades was established. The 5 MW class gas turbine compressor blade is well designed in terms of resonance stability and fatigue endurance limit.     

某型燃气轮机寿命分析

对燃气轮机的主要转子结构件进行强度计算,选取安全系数较小的低压涡轮盘和高压涡轮盘作为低循环疲劳的基本分析对象,进行低循环疲劳试验,得出低疲劳循环值,再通过不同次循环损伤比计算以及选取寿命分散系数,得出转子件的实际循环值,最后通过工作换算计算出燃气轮机的寿命。     

基于稳定性的船用涡旋增压器创新设计

根据某船用柴油机增压器的设计稳定性要求,在三维模拟分析的基础上,对该增压器的轴流涡轮进行了气动设计,初步试验结果表明,设计效果良好,提高了船舶航行的稳定性。     

基于泊松随机过程的风力发电机叶片疲劳寿命估算

疲劳寿命决定了正常工况下工程结构服役期限的长度,对其进行准确预测对于零部件疲劳强度设计至关重要。由于机械零部件在工作期间经常会受到随机变幅载荷的作用,载荷间相互作用效应现象十分显著,导致单次循环载荷对材料所造成的疲劳损伤量发生变化,若忽略该效应会影响疲劳寿命估算的准确性。针对当前研究中的疲劳损伤累积法则无法考虑该效应的问题,提出一种将非齐次泊松随机过程函数与伴随损伤理论相结合来估算零部件疲劳寿命的方法,解决了由于载荷间相互作用效应所带来的载荷作用顺序的问题,并以随机加载试验为例验证了该方法的准确性。将其应用于风力发电机叶片的疲劳寿命估算过程中,结果表明该方法可靠、有效,为风力机叶片的疲劳可靠性设计提供了新的路径。     

Dynamic test and fatigue life evaluation of compressor blades

High-cycle fatigue (HCF) has been identified as one of the primary causes of gas turbine engine failure. To verify the reliability of the high cycle fatigue fracture of the 5 MW gas turbine engine blade being developed by Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd., dynamic tests were conducted using real size compressor rigs according to previous studies. The dynamic safety margin of the 5MW gas turbine engine blade was calculated on the basis of the ratio between the dynamic stress and endurance limit stress respectively determined through the compressor rig and fatigue tests. The HCF characteristics and the fatigue life stability of the DGT-5 compressor blades were verified through these processes. A fatigue life design procedure for the gas turbine compressor blade was established on the basis of the design, analysis, and test processes implemented in a previous study. In sum, the 5 MW class gas turbine compressor blades were found to be well designed in terms of resonance stability and fatigue life.     

基于耦合传热的涡轮增压器涡轮箱有限元分析

基于涡轮增压器涡轮箱传热机理,采用专业CFD软件和FEM软件分别建立了涡轮箱流体区域和固体区域网格仿真模型。在流体域建立多重旋转坐标系,精确计算出涡轮箱流场、壁面传热系数及温度。应用流固耦合的仿真方法对涡轮箱进行耦合传热分析,得到涡轮箱固体域的温度场并对其进行热应力分析。与实验结果对比发现,仿真模型的温度场符合实际涡轮箱温度分布,最大误差仅为3.3%。该涡轮箱耦合传热模型具有较高的精度,为涡轮增压器的设计优化提供了依据。     

随机载荷下机械弹性车轮的热力耦合耐久性研究

为了预测机械弹性车轮在直线行驶工况且承受路面不平导致的随机载荷的条件下所能达到的最大行驶里程,对机械弹性车轮耐久性进行了研究。结合车轮的结构特性,建立了用于耐久性研究的有限元模型。考虑路面不平度,确定车速与车轮动载荷、动载系数的关系,并以等效循环载荷加载至车轮。基于疲劳损伤理论和疲劳试验方法,利用Fe-safe软件对车轮的耐久性进行预测,得出最大行驶里程为8787 km。再对卡环进行热力耦合耐久性分析,发现最小寿命位置为中间销耳处,最大行驶里程为5258 km。