航空发动机机匣损伤容限评估及剩余寿命预测

使用有限元的方法,建立了某航空发动机机匣安装座处局部模型,计算得到了不同尺寸裂纹的应力强度因子的形状因子Y.基于BS7910评定方法,利用失效评估图(FAD,Failure Assessment Diagram)确定了机匣安装座结构在工作应力下的可接受裂纹尺寸为84.8 mm,结构的剩余强度随裂纹尺寸的增加而显著降低,焊缝较母材具有更低的损伤容限和剩余强度.使用缩小宽度模拟验证件模拟工作状态载荷进行了验证试验,当裂纹尺寸与试样宽度比值较小时,与模拟验证件的评估结果基本吻合.根据Paris公式,构件在工作应力下的剩余寿命为74 238周次.      

疲劳载荷下表面裂纹扩展时形状变化规律的研究

本文通过对Ly—12CZ铝合金板和30CrMuSi钢板表面裂纹在拉伸疲劳载荷作用下裂纹形状变化实验数据的分析,提出拉伸疲劳载荷作用下表面裂纹形状比a/b和深度——板厚比a/t随裂纹扩展时的关系式。利用此式进行理论计算,其结果与实验较符合。 此关系式对具有表面裂纹结构剩余寿命和剩余强度计算均有一定实用意义。     

某发动机涡轮叶片使用寿命可靠性分析

发动机的载荷谱是发动机结构寿命研究的依据.利用某短寿命发动机的开车数据,对其高压涡轮叶片使用寿命进行了预测.建立了发动机等效寿命消耗计算模型,采用数据压缩处理技术,有效地提取了发动机的工作载荷.根据发动机短使用寿命这一特点,用威布尔分布模型描述此发动机涡轮叶片寿命分布,建立了发动机寿命可靠性模型,采用不完全寿命数据的中位秩法对发动机叶片寿命进行可靠性计算.随着可靠性增长,发动机寿命不断提高,考虑样本的时效性,用动态的威布尔分布模型来描述此发动机可靠性的增长,以便发动机在研制过程中的可靠性评估.      

轮盘榫齿高低周复合疲劳寿命试验研究

某二级涡轮盘榫齿在外场使用中断裂失效严重,连续发生数起二级涡轮盘甩出及叶片脱榫飞出事故.断口分析表明属疲劳和腐蚀交互作用所致,为确保发动机在外场使用的安全,对这种轮盘榫齿在高温状态下,分轻、重腐蚀2种类型进行了高、低周复合疲劳寿命对比试验研究.试验较成功地模拟了实际使用中造成榫齿损坏的主要因素,试验断口表现出明显的疲劳破坏特征,实现了盘齿故障再现,其试验成果为该发动机安全飞行提供了科学依据.      

基于疲劳寿命理论的膜盘联轴器型面设计

区别于传统的基于强度理论的膜盘联轴器型面设计方法,提出了一种基于膜盘联轴器动力学分析和疲劳寿命理论的型面设计方法.建立了分析膜盘联轴器应力及寿命的简化有限元模型,给出了作用在此模型上的边界条件和初始条件,建立了膜盘联轴器动静复合应力分析方法.根据动力学分析的结果,讨论了膜盘联轴器工作时,不同类型的载荷对其疲劳寿命的影响.计算对比了几种典型型面在不同复合载荷作用下的寿命;基于疲劳寿命理论对膜盘联轴器的型面设计给予评价,最后给出各典型型面的适用工况.     

热、力耦合作用下热障涂层的失效机制

针对热障涂层服役环境中热物理化学环境与机械载荷耦合作用的特点,采用交流阻抗谱法与声发射法对热障涂层在恒定外载荷(高温蠕变)以及交变载荷(高温低周疲劳)作用下的失效过程进行了考察分析,研究发现,交流阻抗谱中低频段阻抗值的变化可以有效地反映热障涂层热氧化层内横向裂纹的萌生及扩展;有无外机械载荷作用下热障涂层的热循环失效的模式截然不同,在高温蠕变条件下,热障涂层的裂纹并不产生在热氧化层内,而是产生在热氧化层与柱状晶之间的等轴晶区;而在高温低周疲劳条件下裂纹是在粘结层与高温合金基体的扩散层处.      

喷丸对18％Ni型超高强度钢低周疲劳性能影响

对C250型18%Ni超高强度钢（C250钢）进行铸钢丸一次喷丸（单喷）和铸钢丸+玻璃丸二次喷丸（双喷）,研究喷丸前后的表面形貌、显微组织和低周疲劳性能的变化.结果表明,单喷后C250钢低周疲劳寿命提高了接近2.5倍,而双喷后试样疲劳寿命提高3倍.喷丸表面的亚晶粒细化是提高低周疲劳性能的主要因素,二次喷丸带来的平滑化效果进一步提高了低周疲劳性能.平滑化效果减小了表面应力集中程度,使经过双喷后试样疲劳断口为单源疲劳断口,而未喷丸试样和单喷试样的低周疲劳断口呈现多源疲劳状态.     

温度/机械载荷作用下裂纹扩展的随机化分析

为描述温度/机械载荷共同作用下裂纹扩展速率,基于疲劳和蠕变裂纹扩展的线性叠加模型,给出了结合试验的修正方法.该方法根据试验结果提取新的材料参数,解决了原模型中由于交变载荷对蠕变裂纹扩展的影响所导致的材料参数不独立的问题.在此修正模型基础上,引入对数正态随机过程,建立了温度/机械载荷共同作用下的裂纹扩展随机模型,并采用泰勒级数展开法获得了指定裂纹长度下寿命分布和指定寿命下裂纹长度分布的表达式.通过算例比较随机模型和试验结果获得的寿命分布,证实了该随机化处理方法的可靠性.     

可重复使用火箭发动机再生冷却槽失效分析

完成了可重复使用液体火箭发动机推力室再生冷却槽热力循环载荷下的蠕变非弹性热结构分析,对比研究了各向同性硬化和随动硬化定律对冷却槽结构分析的影响,并在多循环结构场基础上分析了冷却槽"狗窝"失效过程.结果表明可以通过选取热传导率差别小的内外壁材料、优化几何结构改善温度场及结构场;各向同性和随动硬化结构曲线变化趋势相似,但塑性应变有较大差别,残余应变相差约0.06%;多循环加载中每个循环的结构曲线形状相似并不断右移,硬化效应明显,低周疲劳损伤和蠕变损伤分别取决于循环载荷下的应变和应力值.     

胶接加劲板断裂特性研究

本文用解析法计算了含裂纹胶接加劲板的断裂特性参数,并建议了一种估算其剩余强度和疲劳寿命的方法,对不同型式加劲板的剩余强度和疲劳寿命进行的实验表明,本文建议的方法是可行的。     

基于Wiener过程的发动机多阶段剩余寿命预测

针对现阶段发动机的寿命预测研究没有考虑到非线性与多阶段的问题,提出了基于多阶段非线性Wiener过程的航空发动机实时剩余寿命预测的方法。该方法融合了同类型发动机的历史性能退化监测数据与个体发动机的实时监测数据。首先,考虑了发动机性能退化非线性的特点,并采用多阶段Wiener过程建立发动机的性能退化模型。然后,根据发动机的历史性能监测数据,利用极大似然估计和一维搜索方法进行参数先验分布的估计。再次,在先验分布和个体发动机的退化数据的基础上,用贝叶斯方法对参数分布更新。最后,得到个体发动机剩余寿命的实时预测值。通过实例验证本文方法预测的准确性。      

基于STEP的航空发动机工作叶片特征建模

对并行工程环境下航空发动机转子工作叶片基于特征的设计进行了研究和探索.在对叶片的结构特点进行分析的基础上,借助参数化特征建模技术,按照STEP(AP203/AP214)标准,建立了工作叶片的特征体系结构,并以此实现了一个三维实体特征建模系统.继而,在实现了模型由设计平台向分析平台的传递之后,成功地完成了模型的有限元静强度和振动分析.      

中值随机载荷谱数据处理专家系统

解决飞机结构定寿、延寿的先决条件是,编制出能模拟飞机真实情况具有代表性的典型载荷-时间历程,即载荷谱,以此作为理论分析和全尺寸结构疲劳试验的基础.对此,在探讨中值随机载荷谱数据处理与编制过程的基础上,建立了中值随机载荷谱数据处理专家系统.内容包括系统结构设计、数据描述与参数设置、实现过程和数据库设计等.本项研究成果已用于飞机、航空发动机、飞机起落架和主战坦克等载荷谱的实测数据处理与编制之中.     

发动机装配检测一体化系统设计与关键工艺

介绍了发动机装配检测一体化系统的整体架构与设计。开发了作为系统核心部件的气体静压轴承的工艺新方法,利用大型数控光学加工机床,得到光学级气浮工作面,实现高精度气浮转台制造。以此为基础,研制具有高精度、高可靠性、高易用性、可定制特性的发动机装配检测一体化系统,突破国产航空发动机装配工艺及其装备制造技术瓶颈。针对压气机转子开展装配试验,将多级装配体的累积径向跳动误差降低46%,累积同轴度误差降低30%,验证了装配系统与装配工艺的有效性。     

应用支持向量回归机探索发动机VSV调节规律

发动机可调静子叶片（VSV）调节规律极其复杂,通过挖掘快速存取记录装置（QAR）数据对VSV调节规律进行了深入研究。首先,通过PW4077D发动机健康状态的QAR数据,建立基于粒子群优化（PSO）算法的支持向量回归机（SVR）模型,来探索VSV调节规律;然后,利用后续航班数据对PSO-SVR模型进行验证,并将验证结果与传统的PSO-BP神经网络模型进行对比;最后,应用PSO-SVR模型进行发动机故障诊断。研究结果表明:PSO-SVR模型的回归预测精度优于PSO-BP神经网络模型,能够准确反映VSV的调节规律。可将其用于发动机的状态监控和故障诊断,亦可为VSV控制系统设计提供参考。      

发动机装配检测一体化系统设计与关键工艺

介绍了发动机装配检测一体化系统的整体架构与设计。开发了作为系统核心部件的气体静压轴承的工艺新方法，利用大型数控光学加工机床，得到光学级气浮工作面，实现高精度气浮转台制造。以此为基础，研制具有高精度、高可靠性、高易用性、可定制特性的发动机装配检测一体化系统，突破国产航空发动机装配工艺及其装备制造技术瓶颈。针对压气机转子开展装配试验，将多级装配体的累积径向跳动误差降低46%，累积同轴度误差降低30%，验证了装配系统与装配工艺的有效性。     

基于多分类AdaBoost的航空发动机故障诊断

对航空发动机运行数据进行数据挖掘的方法,是发动机故障诊断研究领域的重要研究内容。由于各种算法自身的局限性,通过某种单一算法很难大幅度提升故障分类的准确性。运用组合分类的AdaBoost算法,综合多个分类模型进行诊断,是提升故障识别精度的一种较好的方法。通过AdaBoost算法及其改进算法的结合,建立一种多分类的AdaBoost算法,以支持向量机（SVM）为基础分类器,进行综合诊断模型的建立。通过单位向量法、比值系数法和相关系数法将指印图中统计的故障标识数据进行处理,得到不受故障程度影响的训练数据,再进行建模。实验表明,AdaBoost相关结合算法能够显著提升分类器性能。根据实际故障案例,验证了所建立的诊断模型能够较好地用于发动机的故障诊断。      

基于盲源分离技术的航空发动机振动信号分析

基于双转子航空发动机机匣拾取振动信号特征的分析,采用基于数学形态学滤波前处理的盲源分离识别方法进行特征提取.针对机匣拾取振动信号的特征,利用开—闭和闭—开组合数学形态滤波器在保留信号基本形状的前提下,滤除掉原始信号中的噪声分量.利用Fast ICA算法恢复高、低压转子源振动信号的波形.对实测数据的分析表明,该方法能够较好地恢复高、低压转子所激振动信号的频域结构信息,有利于提高故障定位的准确性.     

氢氧谐振点火器多室同步点火研究

将气动谐振点火技术应用于塞式喷管发动机多推力室的多次同步点火,研制了新型的氢氧谐振点火器. 通过对点火器的点火响应时间、点火延迟时间、多次点火的重复性以及点火器寿命等方面进行试验研究,验证了新研制的点火器具有起动快、点火延迟时间短、多次点火重复性好、寿命长等特点.采用2个点火器联试的方式进行了5次同步点火试验,研究了连接管路对同步性的影响,并提出了进一步缩短同步性时差的方法,结果表明氢氧谐振点火器完全可以满足塞式喷管发动机多推力室同步点火的要求.