连续纤维增强整体叶环结构方案优化设计

为设计出更轻质高强度的轮盘,提高航空发动机推重比,基于ANSYS优化平台,提出并建立整体叶环子午面结构参数化模型,筛选子午面主要结构优化设计变量,在金属盘结构设计准则应力标准基础上,提出并建立纤维增强整体叶环轻量化结构优化设计数学模型。扩展并建立复合材料轮环结构优化设计约束条件。借助轮环结构优化数学模型及ANSYS优化方法,通过典型纤维增强整体叶环结构优化设计,得到满足所有强度约束条件下的轻量化轮环结构,钛基SiC纤维在增强整体叶环结构的同时可以减少39.92%的质量,表明纤维增强整体叶环设计技术在叶环结构减重方面具有明显优越性,表明纤维增强整体叶环结构方案设计方法的有效性。     

纤维增强钛基复合材料整体叶环设计技术

新材料和新结构的开发使用是航空发动机减重的一个主要技术途径,纤维增强钛基复合材料制备的整体叶环结构具有明显的减重优势。以Si C(f)/TA12整体叶环试验件为例,分别从结构、强度、工艺等方面阐述了整体叶环设计技术。利用ANSYS有限元软件进行数值模拟,并采用最大应力准则和平均周向应力准则评估了整体叶环试验件的破裂转速。通过旋转试验初步验证了整体叶环的减重效果和强度计算方法,并对今后的研究方向进行了展望。     

连续纤维增强钛基复合材料整体叶环设计与分析

为适应未来高推重比航空发动机研制的需要,研究了国内外连续纤维增强钛基复合材料及其结构件的制备工艺特点,以及压气机连续纤维增强钛基复合材料整体叶环的设计和试验情况。以某压气机转子级为对象,开展了整体叶环设计和分析研究,提出了不同结构形式整体叶环设计方案,并从应力、重量、制造可行性和经济性等方面对不同结构设计方案进行了对比分析,结果表明:装配结构复合材料整体叶环应力水平低,制造可行性好,经济性好,并在一定程度上避免了径向载荷作用下的界面失效问题,值得深入研究。     

发动机整体多级转子盘深内腔加工技术

为了提高发动机的推重比和可靠性,目前大型航空发动机的风扇盘和压气机盘大多采用整体多级盘结构,整体锻件多级转子盘便是其中的一类。该盘重量轻、性能好,但其深内腔加工是一大技术难点。本文介绍了一种先进的深内腔加工方法和加工中应特别注意的问题,并提出了应用整体锻件机械加工整体多级转子,该转子不仅可以达到发动机结构减化和减重的目的,还可以利用现有设备加工,从而使我们免受诸如线性磨擦焊加工技术和设备等国外对我们在整体叶盘生产技术上的封锁和限制,为此,发动机整体多级转子盘深内腔加工技术应引起我国航空发动机行业相关人员的重视。     

带冠整体式涡轮盘的CAD/CAM

大推力液体火箭发动机逐渐采用带冠整体涡轮叶盘替代不带冠叶盘，以提高推重比、可靠性。为了解决带冠整体涡轮盘加工存在的技术难点，开发了叶盘加工专用CAD／CAM软件模块——TBCam，并以此作为辅助工具，对某液氢液氧发动机氧泵转子一级叶盘进行了加工实验。实验证明，TBCam解决了叶盘电火花加工中电极设计、电极加工和叶盘加工轨迹搜索等技术疑难，显著缩短了加工准备时间，实现了高精度加工。     

含裂纹叶片的轴流式压气机整体叶盘振动特性分析

某型轴流式压气机性能试验过程中出现转子叶片裂纹故障.结合该型压气机结构特点,分析了振动响应的时域信号、频域信号以及高频成分出现的频率波动现象,总结了含裂纹叶片的轴流式压气机整体叶盘振动特性.分析结果显示:含裂纹叶片的整体叶盘使得轴流压气机振动响应呈现非线性特性;振动频谱中出现共振峰分离现象,表明叶片裂纹引起轴流压气机1级转子叶盘出现结构失谐;随转速升高,两个共振峰对应频率均出现波动现象(波动周期分别约为8s和9.2s),叶片裂纹不断扩展且数量增加,整体叶盘失谐程度不断加深,整体叶盘系统出现低阶模态局部化现象.     

带CFRP箍环整体叶盘强度和寿命分析及试验

1引言随着叶轮机叶尖切线速度的日益提高,传统转子材料和结构的使用已经达到了极限。带碳纤维增强复合材料(CFRP)箍环整体叶盘(blisk)结构是上世纪90年代国外在风扇转子设计中采用的一种新型结构形式[1,2],其特点是在整体叶盘叶尖位置有金属外环,在外环上带有CFRP箍环,叶片的部     

航空发动机整体叶盘维修解决方案

随着航空发动机结构设计的发展,整体叶盘和整体叶环等新结构在新型航空发动机中的应用越来越广.     

SiC纤维增强整体叶环破裂转速研究

为研究航空发动机SiC纤维增强钛合金整体叶环的强度,采用有限元法计算了整体叶环子午截面的周向应力分布,分析了其承载模式和理论破裂转速,然后通过高速旋转台试验测定了整体叶环的实际破裂转速。研究结果表明,以复合材料的局部最大周向应力计算的整体叶环的破裂转速与实际测试结果最为接近。叶环残骸断口SEM照片显示,超速旋转过程中首先发生了SiC纤维丝与钛合金基体的界面分脱,随后纤维丝被拉断导致复合材料承载能力下降,最终引起整体叶环的破裂。     

一种整体叶盘的加工方法--线性摩擦焊

论述了在一些现代发动机风扇、压气机中采用的整体叶盘结构的特点、使用情况与加工方法,着重介绍了一种整体叶盘最新的加工方法──线性摩擦焊。分析了这种方法的加工原理、特点与成用前景。通常,航空燃气涡轮发动机的压气机及风扇工作叶片（即转子叶片）均用其叶身下的排头（多为燕尾型）装于轮盘轮缘的样槽中,再用锁紧装置将叶片锁定于轮盘中。80年代中期,在航空发动机结构设计方面,出现了一种称之为“整体叶盘”或简称“叶盘”（Blisk）的结构。它是将工作叶片和轮盘作成一体,省去了连接用的样头、样槽,使零件数目大大减少、结构…     

整体叶盘结构强度减振一体化设计方法

基于软件ANSYS,建立了整体叶盘参数化模型.结合轮盘强度设计应力标准,借助ANSYS优化模块,获得了满足强度要求的最轻整体叶盘模型.分析了整体叶盘的振动特性,研究了轮盘和叶型参数调整对整体叶盘固有频率的影响.在此基础上,研究了通过改变缘板厚度、罩量及叶型厚度等参数使整体叶盘避开低阶激振的结构设计方法.研究结果表明:对于鼓筒约束的整体叶盘,轮盘参数调整可提高整体叶盘低阶耦合振动频率与4E激振频率在最大转速的裕度为2.2%,而叶型参数调整对此裕度的影响可达8%.最终获得的整体叶盘模型在1阶振动避开5E以下激振,并与4E激振频率在最大转速的裕度达10.8%的基础上达到质量最轻,因避频质量增加4.77%,说明整体叶盘结构强度减振一体化设计方法是可行的.     

高可靠度TC17基复合材料叶环破裂转速预测技术研究

为了建立安全可靠预测TC17基复合材料叶环破裂转速的方法,尽快实现其工程应用,开展了SiC连续纤维增强TC17基复合材料叶环结构破裂转速预测技术研究。测定了复合材料叶环成型过程所导致的TC17基体力学性能变化规律,仿真分析了由于热不匹配导致的热残余应力对复合材料叶环强度的影响。考虑复合材料试棒和叶环结构的差异,建立了基于复合材料试棒拉伸强度极限的高可靠度复合材料叶环破裂转速预估准则。完成了复合材料叶环强度试验件设计、制备和试验验证,并对试验件进行了断口分析。结果表明：复合材料叶环成型后,TC17基体合金本构模型将发生改变,其屈服和拉伸强度都有较大程度的下降,强度分析时应予以考虑。复合材料叶环成型工艺所导致的叶环热残余应力使得复合材料增强芯的同一半径处的周向应力沿轴向产生了梯度,其周向和径向最大应力均有明显降低,还导致叶环残余变形最大位置发生了变化。在旋转试验过程中,应变实测值与仿真结果相近。断口分析结果证明本文研究的复合材料叶环结构实际破裂模式为周向破裂,与所建立的仿真方法和评估准则预测的破裂模式一致,且破裂转速的预测精度较高,并保证了设计的安全性,可满足工程应用需求。     

基于ANSYS的整体叶盘结构优化设计

为保证整体叶盘结构在安全工作条件下质量最轻,基于ANSYS优化平台,建立了整体叶盘三维参数化模型及结构优化设计数学模型,完成了整体叶盘结构的优化设计.首先结合相关静强度设计准则及方法,在给定轮缘分布载荷条件下对轮盘子午面进行优化.然后建立整体叶盘三维模型,并对子午面优化中未考虑的轮缘关键尺寸如轮缘厚度、喉道倒角、叶根倒角进行三维局部优化.在三维优化中总结出了盘喉道和叶根最大等效应力与各优化参数之间的关系.分两步实施的整个轮盘优化过程仅需3~4h.     

非线性硬涂层整体叶盘振动参数的多目标优化设计

为了优化应变依赖性硬涂层对整体叶盘的阻尼减振,对具有应变依赖性特征的硬涂层整体叶盘（非线性涂层整体叶盘）的涂层参数进行多目标优化设计。利用基于复合Mindlin板理论的能量有限元法和基于Newton-Raphson法的迭代计算技术分析了非线性涂层整体叶盘的振动特性;利用NSGA-Ⅲ算法求解了非线性涂层整体叶盘的涂层参数多目标优化问题,其优化结果表示为帕累托前沿解集;对叶片涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的整体叶盘模拟件进行非线性振动特性分析及涂层参数的双目标优化和三目标优化。结果表明:硬涂层参数对整体叶盘振动特性的影响是互相约束的,位于帕累托前沿解集“拐点”的涂层参数能够兼顾不同硬涂层参数对整体叶盘振动特性的影响,也可根据工程实际需求从帕累托前沿解集中选择合适的涂层参数作为设计参考值。      

CF3052/5284RTM 复合材料湿热性能

通过对CF3052/5284RTM复合材料进行试验研究,测定其在不同湿热条件下的基本力学性能,分析湿热条件对基本力学性能的影响。结果表明:湿热环境对该复合材料力学性能的影响程度不一,其中湿度的作用较温度更加明显;该复合材料在高温湿态条件下保持了较高的拉伸和纵横剪切强度,具有综合力学性能好、耐湿热性能好等优点。     

支持并行工程的航发叶盘约束管理系统

为解决航发研制过程由串行到并行的转变而引起的问题,全面表达和维持航发研制过程中各多功能小组及小组成员间应满足的关系,本文分析了航发研制中的约束网络层次结构,建造了一个支持并行设计的约束管理系统,并以整体叶盘为例,创建了叶盘约束网络,应用于整体叶盘的建模系统,模拟多功能小组协同工作,在设计阶段就反映下游活动的需求,保证设计一次成功。这项工作为在航发研制中应用并行工程提供了支持工具。     

基于整体叶盘环形摩擦阻尼器减振分析及设计

为抑制叶片-盘耦合振动,设计了一种适应整体叶盘结构的环形摩擦阻尼器。拓展了1阶谐波平衡法和整体-局部统一滑动模型在带环形摩擦阻尼器的循环对称结构叶盘减振分析中的应用。使用该方法对实际发动机叶盘在简谐激励下的振动响应进行了仿真计算,结果表明:环形摩擦阻尼器对于某发动机叶盘的0节径4阶危险模态振动有明显抑制作用,且减振效果与阻尼器的质量、安装位置有关,在选定的安装位置最高可使振幅降低75%。在阻尼器结构确定的情况下,利用仿真结果给出了最优的设计方案,包括阻尼器的质量和安装设计。     

植入FBG的碳纤维复合材料全寿命周期结构状态研究

将光纤光栅传感器与碳纤维复合材料进行一体化集成设计,在碳纤维复合材料内部植入光纤光栅传感器,验证了埋置工艺的可行性,确认了其可实时监测环境温度值,研究了植入光纤光栅传感器后碳纤维复合材料的结构强度变化及光纤光栅的信号传递率。试验结果表明:碳纤维复合材料埋入光纤光栅传感器前后结构强度变化率小于10%,光纤应变信号传递率高于90%,光纤光栅传感器可以作为碳纤维复合材料结构进行从加工固化、使用过程直至破坏的全寿命周期的结构强度监测的有效手段。