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.     

某涡轮盘应力计算及优化设计分析

本文以某涡轮盘为模型,利用有限元分析的方法,对几种高温合金材料的涡轮盘进行了应力计算分析。利用AN-SYS参数化语言APDL编写了计算分析涡轮盘剖面参数化成形、应力分析及涡轮盘优化程序。采用一阶优化方法对涡轮盘进行了结构优化设计计算分析,实现了涡轮盘结构的参数化建模和优化设计一体化。试验结果表明改进后的涡轮盘结构合理可靠。     

涡轮盘低循环疲劳两种可靠性分析方法的对比

使用基于应力和基于应变的疲劳可靠性分析方法,对比分析了涡轮盘低循环疲劳寿命及可靠性。P-S-N曲线由三参数函数式来描述,并由异方差回归拟合,涡轮盘危险点的应力应变可由有限元分析和响应面法得到,对比了应力寿命、应力强度、应变寿命和应变强度四种疲劳可靠性模型的寿命及可靠度,结果表明基于应力的分析方法,也可用于涡轮盘低循环疲劳可靠性分析。     

非对称循环疲劳寿命研究及涡轮盘概率寿命分析

提出基于试棒非对称循环疲劳实验数据的发动机轮盘低周疲劳寿命可靠性分析方法.通过250℃恒温两种不同应变比下GH4133材料疲劳实验,得到应变疲劳寿命曲线.通过有限元数值模拟标准试棒寿命,说明用非对称循环应变寿命曲线估算结构寿命比对称循环应变寿命曲线估算更准确.最后采用所提方法计算分析某涡轮盘销钉孔边低周疲劳概率寿命,寿命数值计算结果与试验结果吻合良好.     

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。     

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。     

基于Fourier正交基神经网络的涡轮盘低循环疲劳可靠性分析

涡轮盘作为航空发动机的关键部件,在高温、高转速的严酷条件下工作,低循环疲劳成为涡轮盘的主要失效模式。而且涡轮盘的结构复杂性,在进行疲劳可靠性分析时,直接使用Monte-Carlo法的计算量非常大,而传统的响应面法精度达不到计算要求。Fourier正交基神经网络具有很强的非线性逼近能力,在对涡轮盘进行疲劳寿命分析时,采用Fourier正交基神经网络和Monte-Carlo法相结合的方法,并与传统响应面法和Monte-Carlo法进行对比。结果表明,前者不但可以满足精度要求,而且效率高,在涡轮盘等复杂结构可靠性分析中具有很好的工程应用前景。     

基于RBF神经网络的涡轮盘疲劳可靠性分析

涡轮盘是发动机的关键部件,在高温、高转速的条件下工作,因此对其进行疲劳可靠性分析具有重要意义.由于涡轮盘结构热一机械耦合分析的复杂性,对其进行可靠性分析时,直接用Monte-Carlo方法计算量太大,常规的多项式响应面方法在精度上又难以满足要求.径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络具有很强的非线性函数逼近能力,在涡轮盘低循环疲劳可靠性分析中采用RBF神经网络结合Monte-Carlo的方法得到了疲劳寿命的概率分布,并与直接用Monte-Carlo模拟和响应面方法进行了对比.RBF神经网络结合Monte-Carlo的方法具有高精度、高效率的优点,在涡轮盘等复杂结构可靠性分析中具有很好的应用前景.     

航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳损伤与断口分析

疲劳是导致工程结构或构件断裂的主要原因.针对某型航空发动机涡轮盘用GH4133B合金,对其疲劳损伤和断裂机理进行研究.测量GH4133B合金的疲劳极限,并考察电阻变化与疲劳周次之间的关系.对试验数据进行回归与概率统计分析,获取理论疲劳极限与P-S-N关系表达式,推导电阻变化率表征的损伤演化方程.结果表明,GH4133B...     

高压涡轮盘榫齿裂纹分析

对某发动机涡轮盘的榫齿裂纹断口、材质和受力进行综合分析,结果表明,榫齿裂纹为起始应力较大的疲劳裂纹,盘片材料热膨胀不协调以及存在叶片共振是导致涡轮盘榫齿裂纹的主要原因。另外,GH2036材料在高温燃气环境易发生沿晶腐蚀,是导致涡轮盘提前失效的诱发因素。     

某发动机涡轮盘拉削过程控制研究

某航空发动机涡轮盘是重要部件,材料为FGH95粉末高温合金,在榫槽拉削过程中经常出现拉刀异常磨损和崩齿等问题,造成了较大的经济损失。根据FGH95粉末高温合金特点,分析了其加工难度大的原因,总结了拉削过程的控制要点,提出了拉刀出现问题后的应急处理措施,为FGH95粉末高温合金拉削加工积累了经验。     

某型燃气轮机低压涡轮盘强度分析

基于某燃气轮机发动机研究项目的需要,对其涡轮盘强度进行了研究。在有限元软件ANSYS环境中建立了发动机涡轮盘的三维有限元分析模型,基于热弹性有限元分析理论,对额定功率状态下的低压涡轮盘进行了应力、应变分析,并对榫头-榫槽连接处进行了拉伸应力和榫齿名义应力计算,得出了涡轮盘的破裂转速,确定了危险截面的位置。     

航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳裂纹扩展行为研究

材料的疲劳寿命由裂纹形成寿命和扩展寿命两部分组成。针对航空发动机涡轮盘用GH4133B合金,进行室温下不同应力比的疲劳裂纹扩展试验,测试疲劳裂纹扩展门槛值。Paris公式回归分析结果表明,裂纹扩展速率随应力强度因子和应力比的增大而增大,含门槛值的修正Paris公式能精确描述疲劳裂纹扩展行为。利用光学显微镜在线观测裂纹扩展路径,并利用扫描电镜考察试样断口微观形貌。结果发现,随应力强度因子增大,裂纹扩展路径由平直变得曲折。在疲劳裂纹萌生区、稳定扩展区和快速扩展区,断裂表面依次呈现为解理断裂、疲劳条带和沿晶韧窝混合断裂模式。基于断口反推理论反推载荷和裂纹扩展方程,结果表明,利用反推方程预测疲劳裂纹的扩展,可有效防范疲劳断裂的发生。     

发动机涡轮盘销钉孔损伤容限分析

研究了三维边界元计算裂纹应力强度因子的数值方法,计算结果表明,用边界元方法计算应力强度因子具有较高精度。应用有限元法及边界元法对涡轮盘外凸边销钉孔进行了损伤容限分析,分析结果与实际情况吻合较好。     

基于ABAQUS的航空发动机涡轮盘强度分析

基于ABAQUS对某型航空发动机涡轮盘的强度进行了分析.通过加载离心力载荷和温度载荷,对该型涡轮盘进行了应力计算,完成了强度分析,为后续涡轮盘低循环疲劳寿命实验分析奠定了一定的基础.     

航空发动机涡轮盘结构化设计

提出一种新的涡轮盘结构优化设计方案,通过有限元方法对某航空发动机涡轮盘进行了结构优化,并对其进行强度分析和安全裕度检验以选取最优结构.在基准实心涡轮盘的基础上,按照质量最轻的设计原则对其截面进行了结构拓扑优化,得到一种新的空心涡轮盘;通过判断其安全裕度是否在许用范围,对该空心涡轮盘进行结构拓扑修正,得到另外一种新的空心涡轮盘,对基准实心涡轮盘与两种新的空心涡轮盘的结构强度进行了计算和安全裕度检验以及对比分析.计算结果表明:(1)在给定相同边界条件下,上述三种不同结构涡轮盘的结构强度均满足设计要求;(2)与基准实心涡轮盘相比,质量最轻的空心涡轮盘安全系数降低了25.23%,超出了安全裕度范围;(3)拓扑修正后的空心涡轮盘与质量最轻的空心涡轮盘相比,质量增加了1.08%,但最大等效应力和最大等效应变均有超过10%的降低幅度,安全裕度符合许用要求,选为最优结构.该优化方法对涡轮盘的结构设计具有借鉴意义.     

某重型燃机涡轮盘连接优化设计及焊接变形影响分析

某重型燃气轮机第一级转子采用电子束焊接方式将吊挂盘、鼓筒及第一级涡轮盘连接成整体。但是由于结构的局限性,在零件焊接成整体后,无法通过机械加工或其它方式消除因焊接引起的涡轮盘辐板的翘曲变形,给燃机的安全稳定运行带来隐患。本文通过有限元分析软件Ansys对焊接变形前、后的轮盘强度进行了计算与校核。另外,为了消除焊接变形带来的负面影响,对轮盘结构进行了优化设计,将焊接结构改为螺栓连接结构,对改进后的螺栓连接结构进行了强度校核和传扭可靠性分析。分析表明本文的优化设计方案合理,可以代替原来的焊接结构。     

基于贝叶斯评估的航空发动机涡轮盘疲劳寿命可靠性研究

为了在数据缺乏的状况下研究航空发动机GH4133涡轮盘材料失效问题,利用贝叶斯先验分布融合涡轮盘材料的疲劳失效信息,求得后验分布,绘制该涡轮盘的低周疲劳寿命失效曲线、疲劳寿命可靠度曲线,计算该涡轮盘的平均寿命以及可靠度P=99.87%下的可靠寿命。结果表明,针对涡轮盘小子样的问题,采用贝叶斯先验分布将涡轮盘材料的疲劳寿命信息融入到涡轮盘小子样可靠性分析中,可以扩展分析数据的信息,提高分析的准确度。     

发动机一级涡轮盘封严圈裂纹故障分析

对某型发动机一级涡轮盘中出现的封严圈裂纹故障进行了实验研究及理论分析,为科学估算其剩余寿命,延长机件的使用期限、提高经济效益和采用合理排故措施提供保障。     

航空发动机涡轮盘用GH4133B合金

材料的可靠性和稳定性是结构安全性评估的基础.针对某型航空发动机涡轮盘用GH4133B合金,对其常温力学性能参数进行测试和统计分析.对GH4133B合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、布氏硬度以及冲击韧度进行正态分布分析,并采用D检验法进行检验,然后应用平均数全距控制图方法,检测不同测试时间段GH4133B合金力学性能参数的稳定性,最后分别利用双参数Weibull统计分析法和三参数Weibull统计分析法,考察GH4133B合金力学性能的整体稳定性和可靠性.统计分析结果表明,GH4133B合金力学性能参数基本符合正态分布,且具有周期稳定特性.对于GH4133B合金的可靠性评估,宜采用三参数Weibull分布.GH4133B合金的整体稳定性和可靠性均符合使役要求.