榫连结构几何参数对接触应力的影响

以某燕尾形榫连结构作为研究对象,采用有限元法开展了接触应力分析,用以研究榫连结构几何参数对其接触应力的影响,并应用于工程中榫连结构的强度分析。计算表明榫齿/榫槽接触区边缘存在较高的应力梯度;在此基础上,建立了不同的几何模型以考查关键几何参数对接触应力的影响,例如接触面角度、长度、接触区边缘圆角半径以及接触面几何形式,重点研究了圆弧/直线几何形式下的接触应力分布,并讨论了其几何参数对接触区应力改善的作用;研究结果表明合理选择几何参数可以改善接触区应力分布,提高榫连结构寿命。     

圆柱接触面榫连接结构的优化设计

以圆柱对平面接触特性研究为基础,提出了榫头接触面由直平面和部分圆弧面组成的结构方案,与典型的圆柱接触面榫结构方案对比,给出了设计结果.进而基于微动疲劳考虑,分别选择了最大综合参数FFD(fretting fatigue damage)最小和最大接触应力最小作为优化目标,对两种榫接触面设计方案分别进行了优化分析,结果表明以最大综合参数FFD最小为优化目标效果更好.      

榫连结构接触面几何构形对接触区应力分布的影响

为研究并降低传统榫连结构接触区边缘的高应力梯度,对几种典型接触形式展开了有限元分析,计算结果表明不同接触形式将导致不同的接触应力分布;针对某单齿燕尾形榫连结构,建立了一系列不同网格密度的有限元模型计算分析接触区的应力集中程度,并以此提高接触应力的求解精度;并进一步改进了接触面的几何形式,分析表明二维条件下圆弧/直线的接触形式改善了传统平面/平面接触的应力集中,圆弧/圆弧的接触形式将使接触应力进一步降低.      

某机低压1级涡轮盘榫齿振动疲劳试验分析

通过某涡扇发动机低压1级涡轮盘榫齿振动疲劳试验，分析了其榫齿断裂故障的原因。试验结果表明，由于涡轮盘榫齿存在碰伤或加工误差引起盘片配合不良，各齿受力不均，导致榫齿接触应力增大，在振动应力作用下，使叶片短期内疲劳断裂。在采取相应防护措施和控制齿形误差后，此类故障得以排除。     

枞树形榫连结构接触应力的有限元分析及建模研究

采用有限元法对赫兹接触问题进行了分析,计算结果同解析解吻合很好,进而明确了有限元法求解接触问题的一般流程及难点。以某发动机涡轮盘三齿枞树形榫齿,榫槽连接结构作为研究对象,分析其接触应力。计算结果表明,接触区边缘存在较高的应力梯度,接触应力的有限元解同网格疏密度密切相关。通过建立一系列不同密度网格模型开展了有限元建模研究。以改善接触应力的求解精度．同时得出了一些具有工程指导意义的结论。     

基于产品模型的涡轮盘榫槽拉刀快速设计系统

为有效解决涡轮盘榫槽拉刀设计周期长和效率低的问题,提出基于产品模型的榫槽拉刀快速设计方法。该方法通过特征识别和参数提取获得涡轮盘榫槽型面的加工特征参数,建立适应不同齿数的涡轮盘榫槽拉刀通用模板,通过参数关联将提取出的加工参数信息转化为拉刀设计信息,并驱动涡轮盘榫槽拉刀模型模板生成相应的榫槽拉刀。上述研究成果缩短了榫槽拉刀的设计周期,提高了榫槽拉刀的设计效率,并实现了涡轮盘设计部门、工艺设计部门、榫槽拉刀工艺装备部门之间基于三维产品模型的有效协作。     

某型航空发动机涡轮叶片和轮盘榫齿裂纹故障力学分析

针对某型航空发动机发生的涡轮转子叶片和轮盘榫齿裂纹故障,应用大型结构分析程序Ansys对该叶片和轮盘进行了接触应力、振动特性及低循环疲劳寿命的计算分析,并针对各种可能的公差组合对榫头和榫齿喉部应力的影响进行了分析;根据计算结果找出并分析了故障发生的原因。     

配合间隙对涡轮叶片榫头/榫槽接触的影响

采用率相关晶体塑性滑移理论模型,考虑镍基单晶的晶体取向和涡轮盘/片配合间隙的影响,针对涡轮叶片榫头/榫槽的复杂接触状况,研究了温度梯度载荷和离心载荷作用下三种取向的接触应力和低周疲劳损伤。结果表明:当榫头/榫槽的配合间隙小于3.7μm时,榫头/榫槽的接触应力随间隙值突变比较明显;而间隙值大于5.4μm时影响较小。接触应力和低周疲劳寿命对第一齿间隙值比较敏感,随间隙值的波动变化范围较大;第二齿的间隙对接触应力影响也较大,但对疲劳寿命的影响只在较小间隙值下较为明显。晶体取向对榫头/榫槽接触低周疲劳寿命有比较显著的影响,表现出明显的疲劳性能各向异性。     

双辐板涡轮盘/榫结构优化设计方法

提出双辐板涡轮盘/榫三维结构优化设计方法,包括:以盘/榫总质量作为目标函数,分部管理的设计参数,盘/榫结构分部快速优化/整体精细优化策略;基于ANSYS软件,建立了双辐板涡轮盘/榫结构优化设计平台.针对某高压涡轮转子,设计了两种双辐板涡轮盘/榫模型,分析了盘缘喉部半径、盘缘厚度参数对盘/榫危险区应力的影响.优化结果表明:双辐板涡轮盘比单辐板涡轮盘应力分布更加均匀;在满足结构强度约束条件下,两种双辐板涡轮盘分别比单辐板涡轮盘减质19.90%和17.35%;对双辐板涡轮盘/榫模型进行优化,采用该优化设计方法的计算时间仅为采用常规三维优化方法的1/3,表明其优化设计方法的合理性及高效性.      

榫接结构接触面几何形式对接触应力的影响

针对接触边界计算精度问题,结合光弹试验,提出了适用于榫接结构接触区的网格划分策略.在此基础上,进一步分析齿形结构和齿形角度对榫接结构接触面接触应力的影响,并应用于梯形齿结构进行验证,认为合理的梯形齿几何结构能够有效地降低接触应力,并且不对其他危险部位造成影响,设计合理的梯形齿相比于圆弧齿具有一定的优势.以梯形齿接触角度为设计变量进行的优化结果表明：接触边界最大等效应力下降25.54%.     

几何参数对涡轮榫连接微动疲劳寿命的影响：仿真

基于涡轮榫连接结构高低周疲劳试验结果，确定微动疲劳损伤控制参量并建立寿命预测模型。建立涡轮榫连接结构的参数化模型，开展有限元计算，结合试验数据分析了等效应力、接触压力、摩擦力、滑移量等多种损伤参量与微动疲劳寿命的相关性，发现综合考虑疲劳和磨损的FFD(fretting fatigue damage)参量与寿命的相关性最高，相关系数达97%。基于幂函数形式拟合了FFD参量与微动疲劳寿命的关系式，榫连接结构的微动疲劳寿命预测误差在1.5倍分散带内。开展了FFD参数对几何参数的敏感性分析，从数值仿真角度获取不同几何参数对微动疲劳寿命的影响规律：微动疲劳寿命对压力角最敏感，且呈现负相关性。     

涡轮盘/榫整体结构优化设计方法

考虑到榫联接和轮盘子午面在结构设计时的相互影响,针对典型的枞树型榫联接,提出了通用的榫联结构/轮盘子午面分步优化设计、总体协调的涡轮盘/榫整体结构优化设计方法.基于ANSYS优化平台及参数化建模技术,筛选了优化设计变量,以涡轮盘/榫整体结构总质量最小为优化目标,以涡轮盘/榫联结构关键应力为约束,建立了涡轮盘/榫整体结构优化设计的数学模型.通过对某型发动机涡轮盘和榫联结构设计方案进行结构优化设计,在满足所有几何约束及强度要求的条件下,二齿及三齿盘/榫结构优化后总质量都有明显降低,说明涡轮盘/榫整体结构优化设计方法的合理性;且二齿盘/榫结构的总质量较三齿盘/榫结构明显减小,榫槽底部最大第一主应力也明显降低.任意榫齿数可选的通用涡轮盘/榫整体结构优化设计方法及平台可适用于不同涡轮的结构设计,具有较强的工程实用性.      

涡轮盘枞树形榫槽机夹拉刀设计

涡轮盘枞树形榫槽加工是涡轮盘加工的关键工序。完成榫槽加工的关键是榫槽的拉削工序,决定拉削工序的主要因素有机床、拉刀和夹具。拉刀的设计和制造质量是榫槽的拉削工序中最活跃的因素之一,也是拉削榫槽时加工涡轮盘榫槽厂家主要考虑的因素。     

通用过渡圆弧改进设计与榫齿连接结构多变量优化

为了得到更加优良的榫齿连接结构形式,降低榫齿连接结构应力集中水平,提高其疲劳强度,研究了双圆弧过渡对榫齿连接结构应力的影响,推导了通用双圆弧过渡的尺寸关系式,为过渡圆弧的改进与优化提供了理论上的支持.通过对二齿涡轮枞树形榫齿连接结构过渡圆弧的改进,并进行了应力评估,证明了双圆弧过渡结构确实能降低结构的应力集中水平.基于Isight软件平台,利用二次序列非线性优化(NLQPL)方法对榫齿连接结构进行了多变量优化,得到了更加优良的结构形式,最大等效应力下降了19.98%.      

涡轮盘榫齿载荷分配的一种计算方法

通常在有限元计算中,力和位移的边界条件要精确地给出。但是对于力和位移边界条件不能充分给出的一类问题,如接触问题,目前解题尚有一定的困难。对于涡轮盘和叶片的榫齿连接,求解这种含多面接触的工程计算,往往是假定一种边界条件,即首先预估榫齿上的载荷,然后进行轮盘或叶片的有限元分析。本文试图以完整的榫齿连接区域作为有限元模型,利用弹性位移叠加原理求载荷在榫齿上的分配,并根据这一分配进行了应力计算和断裂分析。      

M50高温轴承钢表面TiN涂层与镀银层对磨的摩擦特性

以航空发动机主轴轴承引导面与保持架之间的异常磨损为背景,研究了M50钢及M50钢表面沉积Ti N涂层与保持架材料镀银层之间对磨时的摩擦特性,分析了干摩擦条件下相对滑动速度、接触应力及其交互作用对摩擦系数随时间变化的影响规律。采用SEM观察了摩擦表面的形貌,并用EDS对表面成分进行了分析。结果表明,摩擦系数随时间逐渐增大,存在明显的转变点;在低滑动速度和较低接触应力时,摩擦系数可以长时间维持在0.15~0.25较低水平,在较高滑动速度和较高接触应力时,摩擦系数很快上升到0.5左右,在试验选择的参数范围内,该转变时间与接触应力P和滑动速度V的乘积PV值基本上呈线性关系;高速大接触应力摩擦时,M50钢表面会受到硬质颗粒的作用产生划伤,而Ti N涂层对M50钢具有良好的防护作用,可以明显延缓高摩擦系数出现的时间,阻止M50钢中碳化物脱落,防止表面磨损。     

法国SNECMA涡轮盘榫槽拉削波纹工艺分析

公司外贸产品法国SNECMA涡轮盘试制过程中出现榫槽表面拉削波纹，通过工艺分析找出了产生波纹的原因，并有针对性地改进了工艺及夹具，消除了榫槽表面拉削波纹，使涡轮盘表面质量达到了技术要求。     

涡轮叶片枞树形榫齿的拉削

本文系作者吸取西欧国家拉削涡轮叶片榫齿的先进经验,结合我国现有设备、工艺技术水平等情况自行设计的一套叶片榫齿组合拉刀,在国产四十吨卧式拉床上拉削涡轮叶片枞树形榫齿的情况。这对各发动机厂在改进涡轮叶片榫齿制造工艺、利用现有的拉床以拉代铣方面可能是个参考。     

涡轮缘板阻尼块摩擦接触特性研究

为了研究航空发动机涡轮缘板阻尼块的摩擦接触特性,减小涡轮叶片的振动,采用带圆角的平板接触理论模型进行数值模拟,推导接触面正压力及切向力的分布,研究接触模型的几何参数对迟滞曲线、切向刚度和能量耗散的影响规律。结果表明:接触面率为0时,存在最大能耗曲线和最大能耗点,并且随着接触面率的增大,迟滞曲线所围面积逐渐变小,每周期能量耗散逐渐减小;其他参数不变时,接触刚度随法向力的增大呈非线性增大。     

涡轮盘榫槽高温复合疲劳裂纹扩展规律

本文针对某型发动机二级涡轮盘榫齿裂纹故障,设计了一套新型试验加载方案,对涡轮盘枞树型榫槽进行了高温复合疲劳试验研究,得出了这一多通道传力结构的复合疲劳裂纹扩展规律。