ZSGH4169榫连接结构微动疲劳试验

针对航空发动机热端部件涡轮盘榫连接结构微动疲劳现象展开研究,开展了ZSGH4169镍基高温合金榫连接结构在不同温度和不同载荷下的微动疲劳试验。试验发现:在不同工况下,微动疲劳裂纹均产生在榫槽接触区的下缘,且两侧均有裂纹产生。榫连接结构微动疲劳寿命随着试验温度的升高,微动疲劳寿命显著降低;随着载荷的增加,微动疲劳寿命显著降低。温度和载荷都会对滑移幅值产生影响,且微动疲劳寿命随着滑移幅值的增加而降低。使用包含微动疲劳参数的高温微动疲劳寿命预测模型来对ZSGH4169微动疲劳试验进行验证,预测寿命均在2倍误差带内。      

榫连接结构微动疲劳寿命研究

根据航空发动机叶片和轮盘的榫连接结构接触区域的几何特性,对其微动疲劳接触问题进行了简化.通过有限元方法对简化模型进行数值计算分析,获取相应的应力、应变和位移.将临界平面法和微动损伤机理相结合,提出了一个微动损伤参量,并建立相应的微动疲劳寿命预测模型.将TC11试验件和榫连接构件的微动疲劳试验寿命与预测寿命进行比较分析.结果表明:所建立的微动疲劳寿命模型其预测结果误差分散带均在2倍因子以内.      

基于模糊综合评判的航空发动机可靠性分配方法

利用模糊语言变量和模糊数适于量化模糊信息的特点,从评价集设置、因素权重赋值和单因素评判等方面,对现有的模糊综合评判方法进行改进,然后据此提出了一种设计初期航空发动机可靠性模糊分配的方法,该方法可在可靠性数据缺乏的情况下,利用专家经验得到不同置信水平下的航空发动机故障率指标分配结果     

圆柱接触面榫连接结构的优化设计

以圆柱对平面接触特性研究为基础,提出了榫头接触面由直平面和部分圆弧面组成的结构方案,与典型的圆柱接触面榫结构方案对比,给出了设计结果.进而基于微动疲劳考虑,分别选择了最大综合参数FFD(fretting fatigue damage)最小和最大接触应力最小作为优化目标,对两种榫接触面设计方案分别进行了优化分析,结果表明以最大综合参数FFD最小为优化目标效果更好.      

复合材料机匣冲击后的力学性能分析

应用三维逐渐累积损伤理论及有限元分析技术,对复合材料机匣的冲击性能及冲击后在静载工况下的力学性能进行了分析.结果表明,冲击后机匣内部会产生基体开裂、基体挤压破坏、分层和纤维断裂等微观损伤;对于所研究的机匣,当冲击能超过26J后,在给定的静载工况下,其冲击损伤会大面积扩展.      

单晶涡轮叶片晶体取向优化设计

采用损伤型晶体蠕变滑移本构模型,对具体工况下某发动机单晶涡轮叶片进行蠕变变形分析.应用多学科优化设计理论采用自适应模拟退火(ASA)算法和非线性序列二次规划(NLSQP)优化算法对单晶叶片晶体取向进行优化设计.叶片分析结果表明:叶片纵向的晶体取向偏角和叶片横向随机取向的晶向角,对单晶叶片的叶尖蠕变变形具有较大的影响.对随机晶向角进行一维优化,当晶向角为76.2°时,叶片具有最小的叶尖径向位移0.077 74 mm,优化幅度为2.0%;叶片纵向偏差角0°时的叶尖径向位移为0.079 29mm,10°时的叶尖最大位移为0.093 52 mm,最大变化幅度为17.9%.      

基于细观刚度模型的缠绕复合材料结构有限元分析方法

 缠绕复合材料结构分析是缠绕复合材料力学性能研究及应用的重要基础。发展了一种缠绕复合材料结构分析有限元方法,该方法基于缠绕复合材料细观刚度模型,通过建立细观刚度场与整体结构的映射关系,将缠绕复合材料细观刚度模型引入缠绕复合材料结构有限元分析中。采用各向异性单元,几何模型与网格划分等过程不需要进行复杂的处理,单元材料属性采用细观刚度模型计算,并通过已建立的细观刚度场和整体结构的映射关系输入。建立了缠绕复合材料结构有限元分析的流程,采用MATLAB程序编写了细观刚度场计算程序,采用ANSYS提供的APDL语言开发了几何建模、分网、读入刚度矩阵等相应分析程序,最后进行了算例分析。算例结果表明,缠绕复合材料内部各层应力应变呈周期性分布,应力应变在纤维交叉和波动区域有所变化,纤维波动对局部应力具有放大作用;纤维走向的交替造成内部剪切应力的正负交替;纤维弯曲引起的局部刚度下降造成局部的应变较大。与传统的经典层合板理论或有限元方法相比,在缠绕复合材料有限元分析中,采用基于傅里叶级数的细观刚度模型,可以反映材料内部细观结构对应力应变分布的影响;同时,方法简单,便于程序实现。     

极大似然最大熵概率密度估计及其优化解法

针对经典最大熵概率密度估计中拉格朗日乘子计算目前存在高度非线性、计算精度不高或有时难以收敛等问题,提出了一种"最大似然+逐次优化"的方法。基于最大似然估计法,推导建立了简化的拉格朗日优化函数;在此基础上,基于样本原点矩约束,提出了逐次寻优算法。根据优化过程不稳定,重新推导了拉格朗日乘子的线性变换公式,避免矩阵求逆运算引起的奇异现象。针对几种常见的概率分布类型及可靠性问题,采用极大似然最大熵概率密度估计法与经典型最大熵概率密度估计法分别计算概率密度及可靠度的对比表明:极大似然最大熵概率密度估计法的优化函数非线性程度低,形式简单,而且"极大似然最大熵概率密度估计+逐次优化法计算"精度高,收敛性好。     

基于Kriging模型的离心叶轮结构优化设计

研究了以减重为目标的航空发动机离心叶轮结构优化问题,将Kriging模型与遗传算法相结合,应用拉丁方试验设计和有限元分析生成初始样本数据,利用初始样本数据建立离心叶轮重量和最大应力等状态参数的Kriging模型,运用遗传算法对该Kriging模型在设计空间进行全局寻优,利用有限元分析方法计算近似最优设计点的状态参数,并以此更新已有的设计样本数据,不断提高Kriging模型的近似精度.计算结果表明,基于Kriging模型-遗传算法的离心叶轮结构优化设计方法不仅可以获得良好的优化结果,比直接用遗传算法寻优减少了大量计算时间,提高了设计效率,同多项式模型-遗传算法相比也有效率优势.     

考虑温度环境下树脂基复合材料力学性能及模型研究

采用试验的方法研究了T300/QY8911-Ⅳ复合材料不同温度环境(室温、160,200,260℃)下的纵向拉伸、横向拉伸及面内切变力学性能,探讨了材料的模量、强度随温度变化的规律并提出了相应的力学模型.试验结果表明:在室温至200℃复合材料纵向拉伸模量、强度受温度影响较小,拉伸模量最大变幅为2.82%,强度为1.41%;当温度升高到260℃时,由于树脂基体变质,材料纵向拉伸模量与强度均下降,模量下降5.85%,强度下降7.01%(均相对200℃);横向拉伸和面内切变模量、强度受温度的影响较大,在160℃范围内,材料的平均模量分别下降了49.21%和70.34%,强度下降了38.49%和44.85%.当温度升至200℃时,材料的横向拉伸及面内切变模量与强度进一步下降,模量降幅为25.13%和38.30%,强度降幅为0.41%和15.95%.拟合结果表明:3个力学模型均适用于不同温度、载荷类型下的数据分布规律,但模型Ⅱ与模型Ⅲ对数据的拟合更准确.