某型发动机第4级压气机叶片振动特性及断裂机理分析

某型发动机第 4级压气机转子叶片断裂是由榫头工作面出现裂纹造成的。为此 ,对榫头断口进行了金相分析 ,对叶片振动特性进行了计算 ,对叶片静频和振动型进行了测量 ,并对叶片进行了疲劳破坏试验 ,结果表明 ,叶片断裂故障是由在慢车状态叶片发生 1扭共振和榫头微动磨损造成的。     

一种排除带凸肩风扇叶片榫头故障的新方法

探索了一种采取黏弹性橡胶阻尼器抑制带凸肩风扇工作叶片共振的新途径,通过应用于某型机风扇第1级叶片,在叶片结构不变的条件下排除了其榫头断裂故障。在发动机上的验证结果表明:根部橡胶阻尼器减振结构对叶片榫头出现最大振动应力的振型的抑制效果明显,从而拓展了黏弹性材料的应用领域。     

微动磨损引起的压气机叶片榫头断裂故障研究

某型发动机四级压气机叶片榫头断裂导致喘振而引发空中停车.针对榫头的断裂故障机理重点进行了以下方面的研究:断口、痕迹学分析,四级压气机叶片振动模态分析,榫头和榫槽等关键部位的应力分析,在发动机离心载荷工作条件下考虑榫头-榫槽接触表面微动磨损产生磨损和疲劳裂纹的可能性,同时预测榫头出现磨损和疲劳裂纹的危险点位置.研究表明,本次断裂故障为由于叶片榫头与榫槽的非正常接触而产生的微动磨损导致的疲劳断裂,属于个性的小概率事件.     

激光冲击叶片榫头变形控制与疲劳试验

针对某航空发动机涡轮叶片榫头部位疲劳断裂故障,利用激光诱导高压冲击波对榫头部位进行冲击强化,提高其抗疲劳性能。在试验测试激光冲击GH4133B镍基高温合金材料残余应力场的基础上,确定了叶片材料激光冲击工艺参数;根据榫齿面转接R区结构特征,设计了不等强度分布冲击方式,保证强化区域残余应力均匀、过渡分布,防止出现应力突变。由于榫头结构不均匀,高压冲击波引起的塑性流动使叶片发生宏观变形,采用数值仿真方法分析了激光冲击后叶片榫头宏观变形规律和机理。在此基础上提出了激光冲击叶片榫头变形控制的方法,并设计了榫头结合面冲击区域和方式,保证叶片榫头两侧对应区域的激光能量输入基本相当,通过结合面的塑性流动来减小叶片榫头宏观变形。冲击处理后的叶片榫头表面粗糙度、滚棒尺寸和平面度等均满足技术要求。并分析了激光冲击强化提高叶片高温疲劳寿命的原因。疲劳试验结果表明：激光冲击强化可提高叶片榫头部位的高温高低周复合疲劳寿命提高了279%。     

某型发动机二级压气机叶片断裂故障分析研究

某型发动机二级压气机叶片属于事故多发性零部件。最近又发生了叶身断裂故障,该故障是一种新型故障,与二扭共振引起的叶尖掉角故障不同:疲劳源位于叶盆中上部,靠近叶尖断裂飞出,断裂飞出部分约为叶片的1/3,故障件断口部分呈“S”型。本文从叶片断口金相、扫描电镜分析、振动特性计算分析、叶片静频和振型测量、疲劳破坏试验、第10阶相对振动应力测量和叶片疲劳寿命评估等研究工作,分析得出造成叶片疲劳破坏的故障机理是叶片第10阶振型在发动机0.8额定转速发生共振和叶盆表面损伤。      

压气机轴向扩压器叶片断裂分析

为了确定航空发动机压气机轴向扩压器叶片断裂故障的断裂性质和产生原因，通过外观检查、断口分析、组织检查、硬 度测试等手段进行初步检验，并从材料、设计、加工以及环境方面进行详细的故障分析。结果表明：轴向扩压器叶片断裂故障为高 周疲劳断裂。在航空发动机工作状态下轴向扩压器发生共振，且在工作温度下轴向扩压器叶尖与后盖为过盈配合，此时叶尖与后盖 发生刮摩，叶尖出现毛刺及划痕，在轴向扩压器叶片从靠近叶尖的共振节线处共振应力最大点的叶盆侧开始产生裂纹，最终发生高 周疲劳断裂。建议增大轴向扩压器叶片厚度与前、后缘圆角和轴向扩压器叶片与后盖之间的配合间隙，以避免类似故障发生。     

小型涡轮叶片掉块故障分析与改进

本文就某型涡喷发动机试车过程中出现的涡轮掉块现象进行了研究,通过计算与分析确定了断裂原因为一阶弯曲共振.发动机怠速转速下导向器叶片引起的气体尾流激振是叶片共振的根本原因.在工作转速无法避免的情况下,从改变叶片频率入手,避免了叶片在此频率下的共振,成功解决了这一故障.     

中介机匣支柱尾迹效应诱发的高压压气机进口导叶共振现象在多级环境下的数值研究

为了解决某型燃气轮机高压压气机在进行数个小时试验后出现的悬臂式进口导叶断裂故障,以中介机匣与高压压气机进口级作为研究对象,采用约化方法在故障发生工况下进行了非定常数值模拟,得到了该工况下中介机匣内部的流场演化情况与作用在进口导叶叶身上的非定常气动力变化规律,结合叶片模态分析,对引起进口导叶疲劳断裂的原因进行了研究。结果表明：中介机匣支柱的尾迹效应是进口导叶受到周期性激励的主要原因。在故障发生工况下,钝体支柱流动尾迹的周期性激励频率与叶片自身一阶固有频率接近,导致高压压气机进口导叶产生共振,从而引起了叶片的疲劳断裂。     

带凸肩叶片的断裂故障分析

某型发动机风扇带凸肩的转子叶片发生断裂故障。断口分析表明其为疲劳裂纹特征,其疲劳源在叶盆侧凸肩工作面下侧靠近叶片前缘位置。根据微观分析结论,建立了风扇叶片三维实体模型,利用有限元方法分析了叶片的振动模态。结果表明：叶片在工作时,由于结构的激振可能发生某些阶次的共振,其应力分布与断口分析结果较一致,初步判断叶片是由于共振而发生了疲劳断裂。     

某发动机二级涡轮叶片共振断裂可靠性分析

通过对某发动机二级涡轮叶片断裂的分析研究 ,用统计方法分析了叶片频率分布 ,结合叶片共振转速特性分析了该级叶片断裂的原因。表明叶片频率分布与共振转速频率分布相重叠 ,是该叶片断裂的根本原因。可以通过叶片的调频和选频来控制共振的再度发生。通过调整工作转速 ,减少叶片在共振转速下的工作时间 ,来避开共振点     

SiC/SiC复合材料涡轮叶片结构设计及静强度评价

以高温合金低压涡轮叶片为原型，研究了采用SiC/SiC复合材料进行该型涡轮叶片结构设计的可行性。完成了SiC/SiC叶片的宏观设计、榫头设计和细节设计。计算分析了金属和复合材料涡轮叶片的变形和应力特点。对按设计制备的SiC/SiC叶片开展了拉伸强度测试，并在试验中监测了叶片的应变。计算结果表明：SiC/SiC叶片在额定状态下的伸长量低于原金属叶片；叶身叶根与缘板过渡处应力水平最高，但低于SiC/SiC复合材料的拉伸强度；榫头榫颈处有发生局部剪切破坏的风险。试验结果表明：该SiC/SiC叶片的断裂明显呈现出拉伸失效模式，以断裂转速计算的静强度储备系数约为1.3；所采用的SiC/SiC叶片结构设计方法可行，所制备的复合材料叶片也顺利通过了实验室条件下的静强度考核。     

铺层复合材料风扇叶片榫头元件级静强度试验方法

复合材料风扇叶片需要经过积木式多层级验证才能投入使用,元件级试验是其中重要一环。针对铺层复合材料风扇叶片榫头强度问题,研究了榫头元件级静强度试验方法。搭建了榫头元件级静强度试验平台,完成了榫头元件级试样件及其夹具的设计及制造,提出了数据采集、试验流程和试验结果数据分析方法。试验结果表明：榫头元件试样件的失效模式为层间分离;层间正应力是造成铺层分离的主要原因,而层间剪切应力促进了分层裂纹的扩展;层间应力的有限元分析结果验证了试验结论,榫头层间分离发生位置与有限元预测结果吻合较好,证实了有限元模型的有效性。     

弧形燕尾榫结构设计及形状优化

为了设计弧形燕尾榫结构,对弧形燕尾型榫及叶片/榫头连接部位的三角过渡段进行研究,设计一种新的叶根型线.在上述工作基础上,建立了叶根型线与榫头顶面的尺寸约束关系,利用ANSYS软件建立叶片/榫头参数化模型,并开展榫头结构及叶根型线的优化设计,结果表明优化后的新结构叶背处的应力为827.11MPa,比原结构下降6.51%;...     

碰摩作用下盘片榫连结构接触特性的响应分析

以某压气机燕尾形榫连结构为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立了盘片的有限元模型.用脉冲力模拟局部碰摩时的碰摩力,分析了两种碰摩情况对榫连结构接触特性的影响,首先分析了侵入量为定值时,不同转速对榫连结构接触特性的影响,接着分析了当转速为定值时,不同侵入量对榫连结构接触特性的影响.研究结果表明:随着转速的升高,榫连结构的最大接触压力和最大接触滑移距离不断的增加,最大接触压力变化规律变得更加复杂,而最大接触滑移距离变化规律逐渐趋于稳定并且最大接触滑移距离之间的变化幅度减小.随着侵入量的增加,榫连结构的最大接触压力以及最大接触滑移距离都会增大,但过大的侵入量将导致最大接触滑移距离发生突变.通过分析不同工况下几个节点接触压力及接触滑移距离的频谱响应,发现碰摩会产生转频的高倍频成分,当转频的倍频成分接近叶片固有频率时会出现倍频幅值放大现象.      

铺层复合材料风扇叶片榫头层间应力分析

采用有限元方法对复合材料风扇叶片榫头在拉伸及拉弯耦合工况下的层间应力特点进行研究。根据榫头结构特点,完成了榫头的铺层设计;基于FiberSIM-ACP软件平台,建立了复合材料风扇叶片榫头有限元分析流程,确定了一种满足层间应力分析精度要求的榫头有限元模型,通过与试验结果对比,证实了该有限元模型的有效性。计算结果表明:拉伸工况下层间正应力S33的高应力区位于叶身开始向叶根过渡的变厚度位置,该位置处靠近压力面的14层铺层承受拉伸应力;切应力S13及S23的高应力区在同一区域,切应力大小与铺层角度息息相关,0°铺层承受较大的切应力S13,±45°铺层同时承受较大的切应力S13和S23。增加弯曲载荷后S33的高应力区向榫头上端延伸,承受拉应力的铺层数量增加;切应力的高应力区靠近榫头承力面,高应力区铺层数量增加。     

失衡旋翼的直升机自激振动分析模型

直升机使用中很可能出现旋翼各片桨叶特性不一致的情况,为了研究失衡旋翼对直升机自激振动的影响,建立了适用于地面、悬停及前飞状态的旋翼/机体耦合动稳定性分析模型。采用当量铰旋翼模型,计入动力入流的影响,分别在旋转坐标系和固定坐标系中建立了桨叶及机体的动力学方程。以减摆器失效对直升机地面共振的影响为例,对桨叶及机体的时域响应进行了非线性数值仿真,用Floquet传递矩阵法计算了摆振后退型模态频率及阻尼,并用时域分析进行了检验。结果表明,其中一个减摆器失效后,各片桨叶摆振运动特性相差很大,系统的摆振后退型模态阻尼下降幅度高达60%以上。     

叶片振动可靠性评估方法研究

提出一种用于发动机叶片振动可靠性评估方法,该方法基于叶片共振转速图（Ｃａｍｐｂｅｌ）,引入概率故障树ＰＦＴＡ（ＰｒｏｂａｂｉｌｉｔｙＦａｕｌｔＴｒｅｅＡｎａｌｙｓｉｓ）概念,改善了传统评估方法。其目的是为发展叶片共振识别和可靠性评估的有效方法。在Ｃａｍｐｂｅｌ图上,叶片共振系统定义由工作转速点和附近的多个共振点组成。利用ＰＦＴＡ分析该系统能获得更多的叶片振动信息。该方法发展了常规的叶片振动可靠性设计方法,为叶片设计和叶片振动疲劳排故中改善叶片振动特性提供有益的工程评估方法。     

单向加载疲劳机上燕尾形榫联接微动损伤试验件设计

 利用变摩擦系数接触边界元方法,对等厚盘燕尾形榫联接表面的接触参数进行了计算分析。并依据其计算结果以及对分离出的榫头／榫槽的受力分析,设计一种在单向加载疲劳机上进行模拟实际工况的燕尾形榫联接微动损伤试验的试验件,将该试验件应用于实际试验,得到了令人满意的结果。     

共因失效相关同级叶片系统可靠性分析

为了准确地分析航空发动机的可靠性，针对航空发动机失效模式多、相关性复杂的特点，在考虑失效模式相关性的基础上，建立了共因失效相关的结构系统可靠性模型。采用蒙特卡罗法和近似数值分析法对航空发动机同级叶片系统在叶片静强度不足失效、叶片外缘变形碰摩失效及考虑2种失效模式下的可靠度进行了计算分析。分析表明与共因失效相关的可靠性模型相比，传统的不考虑失效模式相关性的可靠性模型使可靠度评估过于保守。近似数值分析法在保持与蒙特卡罗法计算精度相同的情况下，能够大幅提高计算效率。