转轴-轮盘-裂纹叶片耦合系统的叶尖振动特性

航空发动机叶片在极端恶劣环境中工作,容易产生裂纹进而缩短叶片寿命,严重影响航空发动机的安全运行。以转轴-轮盘-裂纹叶片耦合系统为研究对象,采用有限元、假设模态混合的建模策略,利用有限元模拟转轴,基于Kirchhoff板理论、Timoshenko梁理论模拟轮盘、旋转叶片,并根据时变的释放应变能确定呼吸裂纹导致的时变损失刚度,建立了相应的动力学模型;通过对比耦合系统的固有特性和振动响应验证了提出方法的正确性;剖析了重力载荷、转子不平衡力、气动载荷对叶尖振动特性的影响,并研究了不同无量纲裂纹深度和裂纹位置对叶尖振动特性的影响。研究结果表明：健康叶片中,重力载荷会导致叶片产生振动,转子不平衡力会导致叶片发生静变形;在旋转状态下,裂纹叶片导致叶尖弯曲位移产生偏移量;在气动载荷作用下,呼吸裂纹导致叶片发生非线性振动;常值分量与转频幅值比、常值分量与气动激励频率幅值比是评价呼吸裂纹的有效指标。本文的建模方法和分析结论可为航空发动机叶片裂纹故障诊断提供了一定的理论依据。     

GH4169G整体叶盘阶梯铣削稳定性研究

为解决高强高温合金GH4169G整体叶盘叶片铣削加工不稳定问题,通过有限元分析的方法,分析了沿大径方向(叶片宽度)和轴向(叶身方向)两种逐层铣削方案对加工稳定性的影响,研究了阶梯铣削工艺和传统双面对称铣削工艺对整体叶盘叶片铣削稳定性的影响.结果表明:沿大径方向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度小于实际加工中可能的最大切削深度,主轴转速、切削深度等切削参数选择范围较小;而沿轴向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度大于实际加工中可能的最大切削深度.与传统双面对称铣削工艺相比,阶梯铣削工艺使整体叶盘叶片的刚度得到提高,相同载荷下叶片的最大变形量降低了60%,其前6阶模态频率均较高,加工过程更稳定,加工出的叶片能满足设计要求.      

基于固定界面法的旋转裂纹叶片动力学特性分析

为了实现裂纹旋转叶片在复杂环境载荷作用下非线性振动特性求解的高效性和准确性，以某型航空发动机压气机叶片 为研究对象，综合考虑旋转叶片的刚/软化效应、裂纹的呼吸效应和气动载荷的影响，采用固定界面模态综合法对旋转裂纹叶片进 行了84.83%的自由度缩减，并通过与未减缩模型前3阶动频以及振动响应的对比，验证了减缩模型的有效性。结果表明：叶片裂 纹呼吸特性取决于离心载荷和气动载荷的联合作用，且在低转速下气动载荷占主导，而在高转速下离心载荷占主导；减缩模型相 对于未减缩模型在进行响应求解时能提升一定的求解效率，在低转速下提升约37.35%，而在高转速下提升约12.33%；在高频激励 下减缩模型的计算精度较低频激励下的稍差，应根据实际情况合理选择激振频率，并对结果精确性作相应的验证。     

尖锐压头刻划脆性材料的断裂机理研究

以金刚石压头对脆性材料的压痕和刻划实验为基础,研究了在弹性半空间下,垂直点载荷和切向点载荷共同作用的应力场中中介裂纹的产生和扩展机理。当有切向载荷作用下,裂纹产生的长度和方向都受到切向载荷影响,并研究了切向载荷当量系数和裂纹生成角两个参数对裂纹影响关系。这对于超精密车削过程裂纹生成机理和脆塑转变临界切深的研究都很有意义     

高速旋转发动机叶片模型的断裂力学分析

建立了带裂纹平板叶片的断裂力学模型.首先由已知参考均布载荷下的应力强度因子,得到了带裂纹叶片的权函数;然后根据权函数思想,推导出了高速旋转叶片裂纹尖端处的应力强度因子公式;最后,由断裂准则给出了叶片飞断时临界转速的估算方法.算例研究表明,裂纹的深度和位置对裂纹尖端处的应力强度因子和叶片飞断时的临界转速有很大的影响.      

非对称叶轮对双面离心压气机流量分配特性的调节作用

涡轮增压器使用的双面离心压气机,由于前后方叶轮进口流场存在着差异,导致随着流量减小,前后方叶轮流量分配失衡,出现前方单侧叶轮工作模式。为了进一步拓宽双面离心压气机的稳定工作范围,提出增大双面离心压气机后方叶轮半径的方法,实现两个叶轮流量分配的再平衡,主要目的是研究非对称模型在双面离心压气机流量分配调节方面发挥的作用,采用数值模拟方法对两种双面叶轮压气机整机模型的工作特性进行对比分析。结果表明:通过增大后方叶轮半径的方法,能够有效调节中等流量和小流量工况下两个叶轮的流量,从而改善了两个叶轮流量的平衡状况,同时改变了双面离心压气机的工作模式转变过程。前方叶轮各叶片槽道流量分配主要受蜗壳内部静压周向分布形式的影响,而后方叶轮各叶片槽道流量还受弯曲管道出口流场的影响,弯曲管道出口形成的交汇区域下游的叶片槽道内流量明显偏小。弯曲管道出口交汇区域内两股气流的相互作用强度受后方叶轮流量的影响,流量越小,交汇区域内两股气流的作用强度越弱。增大后方叶轮半径,增强了后方叶轮的做功能力,使设计工况的压比提高了4%,延缓了双面叶轮并行工作向单面叶轮工作模式的转换过程,并使双面压气机的稳定工作范围拓宽了12.6%。     

复合材料胶接修补金属裂纹板的应力强度因子研究

主要在ABAQUS中建立了采用硼纤维,环氧复合材料胶接修补Ⅰ型金属裂纹板的三维有限元模型,对单面修补与双面对称修补的修补效果进行了对比,分析了补片厚度对应力强度因子的影响,研究了胶层的剪切模量对应力强度因子的影响.结果表明,在条件允许的情况下要尽可能采用双面对称胶接修补,应合理选择补片的厚度,并在保证修补效果的前提下,...     

涡轮叶片裂纹故障的3维叶尖间隙变化特性分析

为了分析涡轮叶片裂纹故障的3维叶尖间隙动态变化特性,以3维叶尖间隙动态测量试验台上的模拟涡轮转子为研究 对象,建立了涡轮叶片3维叶尖间隙的有限元分析模型;采用数值仿真分析方法分别深入地分析了无裂纹涡轮叶片和不同长度裂 纹叶片3维叶尖间隙的动态变化特性。结果表明：对于无裂纹涡轮叶片,气动载荷会导致其发生弯曲变形,进而,导致轴向偏转角 呈先增大后减小的变化趋势,周向滑移角则逐渐减小,并且气动载荷对轴向偏转角和周向滑移角的影响比对径向间隙的影响更为 显著;对于有裂纹涡轮叶片,在气动载荷、离心载荷、叶片尾缘裂纹故障以及叶片自身形态等多种因素的共同影响下,导致径向间 隙呈现逐渐增大,而轴向偏转角和周向滑移角均呈现逐渐减小的变化趋势。     

基于整机试车的涡轮叶片高低循环复合疲劳试验技术

针对航空发动机涡轮叶片同时承受高循环载荷和低循环载荷的特征,以小推力涡喷发动机为研究对象,搭建了基于引电器的涡轮叶片动应力测量系统,利用数值模拟和试验测试结合的方法,实现了高度为30mm的涡轮叶片在40000r/min转速、950℃环境温度条件下的动应力测量,并以此为基础发展了整机高低循环复合疲劳试验方法,开展了高压涡轮叶片高低复合疲劳整机试验。研究结果表明,该型发动机转速在34920r/min时,叶片高循环振动应力达到112.7MPa,带来了涡轮叶片的高循环疲劳损伤且是引起涡轮叶片产生裂纹的主要因素,低循环疲劳载荷是导致裂纹扩展的主要因素,两者综合作用会显著影响涡轮叶片寿命。      

TC11材料高低周疲劳裂纹萌生与扩展特性研究

通过对航空发动机叶片用TC11材料在高低周复合载荷下进行裂纹扩展试验,研究了TC11材料高低周复合疲劳裂纹扩展规律,得到了高低周载荷条件下的裂纹稳态扩展曲线及断口特征。其结果可对风扇/压气机叶片抗高低周复合载荷下的裂纹扩展能力进行分析和评估,为下一代先进航空发动机设计提供技术支撑。     

应用振型识别叶片裂纹故障初探

给出了一种应用叶片的弯曲振型识别叶片裂纹的方法。假设叶片为无扭曲的矩形等截面悬臂梁,同时将裂纹看成沿叶宽等深度扩展的开口裂纹,最后对应用该法检测叶片裂纹的可行性进行了探讨并提出了建议。     

裂纹叶片振动特性研究

建立应用传递矩阵法求解裂纹叶片振动特性的方法,以矩形截面裂纹悬臂梁为计算实例,分析了沿叶宽等深度扩展的横向裂纹位置、深度对其弯曲型振动特性的影响。选用方波函数模拟裂纹开合过程,理论分析了裂纹叶片的非线性振动特性。通过裂纹试件实验,对理论研究方法和结果做了验证。提出了叶片裂纹故障在线监测特征量的选择建议     

含裂纹梁的动力特性

 本文研究了含裂纹梁的动力特性。首先,由应力强度因子积分得到含裂纹单元体的刚阵,继而提出了一种有限元方法。将该方法应用于单边裂纹悬臂梁,计算出不同裂纹长度与位置时梁的固有频率,结果与实验值吻合良好。最后,给出了一种确定裂纹位置的简捷方法。     

基于权函数法的应力强度因子计算和断裂评估

仅利用一个参考载荷,建立一种近似公式来计算共线裂纹和中心裂纹的张开位移。通过该方法确定的裂纹面张开位移及其偏导与精确解之间吻合良好。该方法将中心裂纹的权函数计算模型简化为形状因子和裂纹面张开位移偏导之间的积分。基于权函数法,研究了带中心裂纹的旋转叶片的应力强度因子与裂纹长度、位置、转速及转动加速度之间的关系。结果发现:应力强度因子随着裂纹长度的增加和裂纹与旋转轴间距的减小而增大;转动加速度对应力强度因子的影响较小;转速的增大会使应力强度因子增大。在断裂力学理论的基础上,建立了断裂控制准则,计算表明叶片的临界转速随着裂纹长度的增加而降低。     

声发射技术在直升机桨叶大梁疲劳试验裂纹检测中的应用

本文介绍了声发射技术在直升机桨叶大梁疲劳试验裂纹监测中的应用,并分析了现场试验中遇到的几种干扰及其辨别。这些干扰源包括电磁波、试件与工作台的摩擦、撞击等等。     

压气机叶片的损伤容限研究

本文用断裂力学方法对压气机和风扇转子叶片作损伤容限分析。采用20节点立体元对叶片作应力场和位移场计算,用裂纹表面位移法求解裂尖应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ及K_Ⅲ随裂纹长度a变化的关系。根据叶片材料的断裂韧性K_IC、叶片径向伸长量δ_c以及自振频率偏移量f_c值来确定转子叶片失效的准则及临界裂纹长度a_c值。利用Paris公式并考虑到高周振动应力对低周疲劳裂纹扩展的影响求得叶片的损伤容限寿命N_f。文中给出了某压气机叶片的算例。为了研究自振频率随裂纹长度变化的关系,进行了叶片振动实验      

定向凝固合金叶片裂纹与断裂综合分析

对定向凝固合金叶片的裂纹与断裂进行了综合分析,对其失效模式与失效原因进行了研究.研究结果表明,定向凝固合金叶片的裂纹与断裂为同一失效模式,均为叶片表面的再结晶而导致的疲劳失效.叶片表面的再结晶在叶片使用之前就已存在,是由于固溶热处理前叶片的表面存在塑性变形,在固溶热处理过程中形成的.     

叶片裂纹故障的多普勒在线监测技术仿真研究

本文研究了文献[1]介绍的叶片裂纹故障声学多普勒在线监测技术的监测原理;提出了一种新的基于裂纹叶片振动响应波形不对称性的监测方法;编制了这两种方法的计算及信号处理程序。仿真计算证明这些程序是可行的,同时表明,本文建立的新的监测方法在监测有效性、可靠性方面具有优势。      

燃烧固体药柱内腔表面的典型裂纹及其力学行为

根据燃烧环境中高装填固体推进剂药柱内应力的分布特征,提出了药柱内腔表面的两种典型裂纹, 即横向表面裂纹和纵向表面裂纹, 并分别采用方坯药柱和圆盘药柱表面预制的裂纹进行了模拟。比较燃气作用下两种药柱的有限元分析结果, 明确了挤裂模式对于燃烧环境中固体药柱表面裂纹问题的适用性。这些结论与实验观测现象非常吻合, 对实际发动机工作环境中固体药柱表面裂纹的力学行为预示和故障分析有着重要的指导意义。