基于Franc3D软件的三维裂纹扩展分析与应用

介绍Franc3D软件的基本理论和计算流程,通过埋藏椭圆裂纹和半椭圆表面裂纹算例和薄板算例验证了Franc3D应力强度因子计算的准确性及裂纹扩展寿命计算的可靠性,开展轮盘三维裂纹扩分析验证了软件的工程应用价值,对三维裂纹扩展分析和损伤容限设计具有参考意义。     

转子系统非协调进动在波德图中的响应分析

为了研究带挤压油膜阻尼器的转子系统其非线性振动在Bode图中的响应,建立了挤压油膜阻尼器与转子系统的耦合动力学模型。结合庞加莱图、分岔图、频谱图以及轴心轨迹图等,开展研究。结果表明,转子系统在接近二阶临界转速时,转子振幅明显增加,转子系统进入非协调进动状态,此时在Bode图上表现为"双峰值"现象。通过改变油膜间隙或者滑油粘度,可以改变转子系统非协调进动转速的范围,但是在Bode图上的双峰值现象仍然比较明显。而采用带浮动环的挤压油膜阻尼器,不但可以有效地抑制转子系统的非协调进动响应,而且在Bode图使得转子系统的二阶临界转速处振动幅值明显减小,"双峰值"现象消失。     

基于等效等时应力应变曲线的燃气涡轮叶片多工况蠕变计算

基于等时应力应变曲线理论,提出了一种可用于计算多工况的等效等时应力应变曲线蠕变计算方法。运用该方法计算了某航空发动机燃气涡轮工作叶片,在先后经历4个状态(共150 h)持久试车工作状态后的残余变形,并将变形结果与其他蠕变计算方法以及真实发动机叶片经过150 h持久试车后的计量结果进行了对比分析。分析结果表明,与其他蠕变方法相比,本文作者提出的基于等效等时应力应变曲线蠕变计算方法在保持计算精度的同时,进一步提高了计算效率,更具有工程实用价值。     

航空发动机带冠涡轮叶片振动特性分析及验证

针对航空发动机带冠涡轮叶片振动特性分析时,将叶冠工作面一体等效的处理方式导致叶片频率计算精度降低的问题,开展了带冠涡轮叶片盘振动特性研究.提出了一种考虑变形和叶冠工作面实际接触面积的带冠涡轮叶片建模方法,以某型带冠涡轮叶片为对象,采用上述方法完成叶片建模和模态分析,并进行整机动应力测试试验验证,结果表明:采用该模型计算得到的叶片1阶共振频率与实测共振频率基本吻合,两者差异在7％以内.研究工作可为航空发动机带冠涡轮叶片振动设计提供参考.     

燃气涡轮转子盘-片系统三维非线性循环应力-应变分析

燃气涡轮转子盘—片系统的几何形状和结构形式比较复杂，在高温、高转速的恶劣条件下工作，准确的应力分析是进行强度计算和疲劳寿命预测的重要前提。使用ANSYS有限元结构分析软件，建立了燃气涡轮盘—片接触系统三维循环对称有限元模型，考虑了叶片材料的各向异性、涡轮盘与叶片榫头之间的接触非线性、材料的弹塑性变形和温度不均匀引起的热应力等情况，数值模拟涡轮盘—叶片组件的受力状态及边界条件，进行三维非线性循环应力—应变分析。     

镍基单晶高温合金的屈服准则研究

将Hill屈服准则用于DD3单晶合金屈服应力的预测，通过与试验结果比较发现，在760℃时的误差较大。根据单晶材料的屈服特点，考虑单晶合金偏轴受载时存在拉、剪应力耦合作用的情况，提出一个考虑拉、剪应力耦合能量分量，在工程上实用的单晶合金屈服准则，给出确定该屈服准则参数的方法，并重新定义适合新屈服准则的等效应力和等效应变。对各向同性材料，新屈服准则退化为von Mises屈服准则，新定义的等效应力和等效应变退化为von Mises等效应力和等效应变。在新屈服准则中出现的参数可以通过单向拉伸试验确定。用该屈服准则对DD3单晶合金的屈服应力进行预测，760℃时能很好地符合试验结果；与Hill屈服准则相比，预测精度显著提高。     

DD3单晶合金蠕变参数的确定

为确定ＤＤ３单晶合金蠕变参数,进行了多个拉伸蠕变试验,试验温度为７６０℃、８５０℃和９５０℃,试验应力为２００ＭＰａ至８００ＭＰａ,试样取向为［００１］和［１１１］晶体取向。试验结果表明,在８５０℃和９５０℃下蠕变应变率连续增加直至试样断裂,［００１］晶体取向的蠕变应大于［１１１］晶体取向的蠕变应变。采用单纯形优化方法拟合了材料的蠕变参数,拟合参数表明,应力指数和时间指数分别为６～１１和０．１～１     

DD3镍基单晶合金低周疲劳寿命研究

进行DD3单晶合金在680℃温度下[001]、[011]和[111]三种取向的非对称循环载荷低周疲劳试验研究。结果表明：晶体取向对DD3单晶合金的应变疲劳寿命有显著的影响，[001]取向寿命最长，[111]取向寿命最短；用取向函数修正应变幅度可以在很大程度上消除晶体取向对疲劳寿命的影响；通过引入参量是表示非对称循环载荷产生的平均应力对疲劳寿命的影响，它与循环寿命之间呈幂函数关系。对应变幅度、取向函数和参量丘与光滑或缺口疲劳试样的循环寿命进行相关性分析，发现无论是处于单轴应力状态还是复杂应力状态，应用多元线性回归分析方法拟合DD3单晶合金低周疲劳寿命曲线，相关系数最大，效果最好。     

供油条件对挤压油膜阻尼器等效阻及周向位置阻尼的影响

为研究供油条件对挤压油膜阻尼器减振特性的影响,利用计算流体力学软件进行阻尼器的建模和数值仿真模拟。为了保证数值模拟的正确性和合理性,借助于双向激励试验器,基于机械阻抗法获得油膜阻尼,与数值仿真结果进行对比验证。通过数值仿真,研究供油孔数量、供油孔横截面积、供油槽尺寸以及供油流量等对阻尼器等效阻尼和周向位置阻尼的影响。结果表明:由于受到供油孔处的供油压力影响,单孔供油阻尼器提供的阻尼随周向位置呈现近似简谐函数曲线的变化规律,多个对称分布的供油孔可以有效地抑制这种影响,含有三个或者四个对称供油孔的阻尼器,不同周向位置的阻尼在一个进动周期内几乎保持不变。对于供油槽较浅的情况,阻尼器的等效阻尼随着偏心率的增加呈现非线性增加的趋势;随着供油槽深度的增加,非线性增加的趋势逐渐减弱;而供油槽较深时,等效阻尼随着偏心率的增加先减小后增加。另外,阻尼器供油槽宽度和供油流量对阻尼器的阻尼特性也有着明显的影响。研究结果将为挤压油膜阻尼器的设计提供依据。     

某发动机涡轮盘裂纹扩展研究

根据发动机限寿件损伤容限的设计要求,对某发动机涡轮盘(高强GH4169材料)开展了小样及整盘裂纹扩展试验研究,试验获得了涡轮盘裂纹扩展特性及其分散度;同时,开展了三维裂纹扩展仿真分析,并与试验结果进行了对比,结果表明涡轮盘裂纹扩展仿真结果具有较高精度,分析方法具备工程应用价值。