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.      

三维裂纹整体参数化模化方法

发展一种独立于几何结构基于参数设计的三维平片裂纹扩展有限元模拟通用方法.该方法通过包含整个裂纹面的镶嵌裂纹模型,具有裂纹体自动形成,模拟裂纹多自由度扩展的能力.通过多个典型的工程裂纹扩展模拟算例,说明该方法的精度、效率与通用性.      

喷丸强化对TC11合金模拟叶片高周疲劳寿命影响的试验

针对三种叶片:钢丸强化、二次强化和未强化的钛合金叶片进行了振动特性测量和高周疲劳对比试验.通过试验结果,结合断口分析,对三种叶片的固有频率、振型阻尼比、高周疲劳极限及裂纹起源等方面进行了对比研究.研究表明:喷丸后叶片1阶振型阻尼比增大40%～50%,高周疲劳极限提高40%以上,叶片的高周疲劳寿命也相应地提高.从强化机理方面分析了高周疲劳极限得到提高的原因.该积累的试验数据及研究成果可为TC11喷丸叶片的高周疲劳工程设计提供参考.      

考虑缺口和体积效应的轮盘等效体积概率寿命分析方法

航空发动机轮盘的疲劳破坏多伴有缺口效应和体积效应。为了研究缺口效应和体积效应对疲劳寿命的影响,采用修正Walker模型考虑平均应力的影响,建立能统一描述各应力水平下疲劳寿命分布的三参数Weibull模型,在"等概率寿命、等损伤"的基本思想下,将轮盘大应力区的危险体积转换为具有相同损伤的等效体积,进而利用Weibull最弱环理论可获得具有缺口效应和体积效应的轮盘危险部位在任意失效概率下的疲劳寿命。对两种不同厚度(4mm和6mm)的涡轮盘螺栓孔模拟试件进行概率寿命预估,并与试验结果及应力体方法预估结果进行对比。结果显示,本方法对两种模拟试件的概率寿命预估结果最大误差在30%左右,在中位、高可靠度时的最大预估误差为-23.2%,预估精度高于应力体方法。     

基于塑性应变能的中低周疲劳概率寿命模型

由于材料、尺寸以及载荷等的分散性,涡轮盘疲劳寿命存在较大的分散性。在充分考虑材料加卸载应力、应变及应力比对疲劳寿命影响的基础上,提出了一种适用于中低周疲劳的塑性应变能概率寿命模型。该模型在考虑材料、尺寸和载荷等导致寿命分散的因素的基础上,重点考虑了循环应力应变曲线的分散性,结合根据应力比的二次插值,获得了插值范围内任意应力比下的塑性应变能损伤参量与疲劳寿命的关系。运用所提概率寿命模型结合响应面法与蒙特卡洛法对某涡轮盘螺栓孔模拟试件进行了概率寿命分析。结果显示,模拟试件的计算结果与试验结果的中位寿命仅相差022%,寿命分散系数相差581%,说明本概率寿命模型概率寿命预估精度高。      

基于AMSAA模型的系统可靠性评估方法研究

针对航空机载设备可靠性增长试验数据不规则的特点,在AMSAA模型的基础上提出了识别异常点的AMSAA模型与处理截断数据的AMSAA模型,并给出了模型拟合优度检验方法。经实例验证表明,识别异常点的AMSAA模型可以在给定置信度下识别出异常点并排除异常点对瞬时MTBF（平均故障间隔时间）极大似然估计值的干扰;截断数据的AMSAA模型能够利用被截取的部分数据,得到准确的瞬时极大似然估计值。     

基于指数分布第K次序统计量试验寿命可靠性评估方法

针对航空发动机部分元器件或系统的可靠性评估和可靠性试验设计问题,推导了寿命服从指数分布时基于任意第k次序统计量的试验寿命可靠性评估理论公式,并给出了置信度为90%、95%时基于第k次序统计量的可靠寿命试验设计系数表。结果表明:采用该方法可确定给定可靠度、设计寿命、破坏数及子样数时的最短试验时间,或者给定设计寿命、可靠度、置信度、子样数及试验时间时最大允许故障数。综合考虑试验件数量及试验时间,可对寿命可靠性试验进行成本优化设计。     

盘─鼓结构体─壳过渡元的“虚假应力”现象及改进方法

分析了体—壳过渡元中产生“虚假应力”现象的根本原因，给出了两种改进方法。方案一是在采用体元应力应变模型的基础上提出了一种单元内位移、应变及应力的直接修改方法；方案二是将采用壳体应变应力状态的三维体—壳过渡元推广到轴对称，给出了具体公式。通过几个算例将上述两种方法与改进前方法进行了比较，结果表明本文提出的两种方案均大大改善了轴对称问题体壳过渡元的“虚假应力”现象，相比之下，前者公式简单，更易于实现。     

航空柱塞式油泵ZB-16D柱塞腔壁贯穿故障分析

 对航空柱塞式液压泵ZB-16D的柱塞腔壁贯穿故障进行了结构和受力分析及计算。选取了合理的受力体力学模型,用三维边界元方法对受力体进行计算,得到各节点的应力,作出了相应的等值应力分布曲线,以及最大应力、平均应力与最小壁厚尺寸的关系曲线。根据转子受力情况及材料的力学性能,判断出柱塞腔壁贯穿故障属于高周疲劳破坏。分析计算的结果与实际破坏情况,二者比较接近。     

考虑表面加工缺陷的轮盘疲劳寿命分析方法

为了将表面加工状态引入零构件概率寿命分析中,提出并建立了考虑表面加工缺陷的轮盘疲劳寿命分析方法。将孔的表面加工缺陷简化为表面裂纹和/或角裂纹,导出裂纹深度密度函数;借助裂纹应力强度因子经验公式及有限元分析,提出轮盘孔边裂纹应力强度因子计算的推广经验公式方法。建立了3种考虑表面缺陷尺度分布时轮盘概率寿命计算方法。以钛合金盘为例,在获得的表面缺陷分布条件下,计算了给定寿命的轮盘疲劳寿命失效概率及故障率。仿真结果表明:采用该方法可以将表面加工缺陷对疲劳寿命的影响引入构件寿命评估体系。