航空发动机涡轮叶片高温振动疲劳试验的新方法

提出了航空发动机涡轮叶片高温(90 0℃)下振动疲劳试验的一种新方法。该方法对叶片采用电感应加热法加热,振动载荷通过电磁振动台施加;解决了采用电感应加热法加热时的一系列问题,如涡轮叶片加温设备选型、感应圈制作、电磁振动台隔热冷却、夹具设计、高温振动应力测量以及电磁干扰使振动台难以控制;比较了2种叶片温度测量方法的优劣,并列举了应用实例     

略论发动机涡轮叶片的振动疲劳

针对发动机涡轮叶片的振动及振动疲劳破坏进行了理论分析。通过理论分析和实验，说明了叶片对抗振对疲劳的能力主要取决于性质及叶片的形式、表面状态，而与静强度无关。并对改进设计和工艺，充分挖掘材料潜力，加强对叶片防护，提出了建议和设想。     

涡轮叶片辐射热冲击疲劳试验控制技术研究及实现

针对涡轮叶片热冲击疲劳试验的加热模拟需求,采用了基于石英灯辐射加热与气化液氮和喷水强制冷却的多种方法。通过石英灯辐射加热系统、电动伺服装置和冷却装置的参与,实现了连续的热冲击和强制冷却降温过程。温度控制方法满足了辐射热冲击过程的快速升温要求,其与控制器直接输出驱动控制的分时联合应用,在强制冷却降温过程中避免了单纯温度控制所导致的加热系统高频次震荡现象。此方式为模拟涡轮叶片实际启动-停车循环的热冲击过程提供了新的思路和借鉴。     

航空发动机高压涡轮工作叶片热疲劳试验研究

为考核工作了一定时数的某型发动机高压涡轮工作叶片在更换涂层后的抗冷、热疲劳性能,进行了热疲劳考核试验。试验中,实现了低压条件下对复合冷却叶片温度载荷的模拟,并记录了各部位裂纹发生、扩展的情况,为复合冷却叶片的热疲劳性能分析积累了宝贵的资料。     

涡轮叶片疲劳寿命公式及可靠性预测方法

本文推导了液体火箭发动机涡轮叶片疲劳寿命公式,并用概率统计、断裂力学方法,分析了可靠性预测方法.     

某发动机涡轮叶片伸根段低循环疲劳寿命研究

通过对载荷工况下叶片伸根冷却孔区域的应力分析,材料试样的P－S－N曲线和结构模拟件疲劳寿命试验结果的综合分析,给出了置信度95％,可靠度99．9％下伸根段的安全使用寿命,为故障的排除和定性分析提供了理论依据。     

单晶叶片高温振动疲劳试验技术研究

介绍了低压涡轮叶片高温振动疲劳试验方法。研究了高频感应加温原理,考虑集肤效应、端部效应,设计了高频感应加温系统,获得了均匀的温度场;通过夹具定位系统的设计,保证了更换叶片时温度场的精确性和有效性;利用理论研究结合有限元仿真,获得了高温状态下叶尖振幅与最大振动应力的关系,实现了高温环境下通过叶尖振幅对振动应力的控制。在此基础上完成了低压涡轮叶片的高温振动疲劳试验,获得了最低疲劳极限,为工程设计提供了试验依据。     

IC10合金涡轮叶片叶身不同部位取样的力学性能试验

为评估服役前IC10合金涡轮叶片不同部位的真实材料力学性能,与《航空发动机设计用材料数据手册》中采用标准试棒获得的性能数据进行对比。在选取的新叶片的叶身尾缘、叶背和叶盆处沿叶高方向完成小尺寸的工字形试验件取样,通过优化设计的工装在保证加载同轴度和安装一致性的基础上进行单轴加载试验,即900℃拉伸试验以及900℃、342/374 MPa的持久寿命试验。试验结果表明：试样均在平行段断裂,符合试验设计要求;相比于手册中标准试棒的测试数据,试样的抗拉强度下降约20%,持久寿命缩短达76%～85%;不同叶身部位的原始组织形貌相似,试样性能差别不大;应力提高会导致取样的持久寿命明显降低,其中盆侧取样的降低幅度最大,约64%。相比于标准试棒,叶身的本体取样兼具了铸造叶片的晶体取向和薄壁特征,在一定程度上可以真实反映叶片的力学性能,为客观评价IC10合金涡轮叶片材料力学性能奠定了基础。     

涡轮导向叶片热疲劳分析

某型涡扇发动机在进行地面性能试验时,高压涡轮导向叶片多台次出现了严重裂纹故障。本文以其失效分析为背景,推导出导向叶片瞬态温度场的计算方法,并对该导向叶片进行了瞬态温度场数值分析,进而得出导向叶片的瞬态热应力分布与热疲劳寿命的计算结果。同时对此故障产生的原因进行进一步的分析。分析的结果与该机地面性能试验数据基本吻合,因此,此分析过程可作为热疲劳寿命计算的借鉴。      

基于模糊评判方法的涡轮叶片蠕变疲劳寿命预测

根据蠕变产生的机理 ,将工程模糊综合评判方法应用于发动机涡轮叶片蠕变寿命预测 ,并通过实例验证了该方法的可行性和有效性     

涡轮叶片蠕变损伤行为及固溶处理对叶片材料性能的影响

涡轮叶片是航空发动机及地面燃气轮机的重要热端部件,研究其损伤行为对涡轮叶片的制造及修复工作均有重要的意义。本文研究了长时与短时服役涡轮叶片的蠕变损伤行为,发现二者在蠕变空洞的形成机理上大致相同,而γ′相与碳化物的退化反应则有所差异,长时服役涡轮叶片的γ′相形貌更加粗大且不规则。对于碳化物,长时服役叶片的碳化物发生了由一次MC型向二次M23C6型的分解,而短时服役叶片的碳化物发生了由MC(1)型向MC(2)型的转化。此外,针对两种不同的叶片材料(K002和GTD-111高温合金),研究了不同的固溶处理制度对γ′相溶解行为的影响,发现提高固溶温度和增加固溶保温时间可以促进两种材料γ′相的溶解行为;而随着固溶时间的增加,两种材料的溶解激活能均逐渐增大,K002合金在不同固溶保温时间中的溶解激活能均大于GTD-111合金。     

某型发动机Ⅰ级涡轮工作叶片低周疲劳寿命研究

为了排除某型发动机一级涡轮工作叶片断裂的故障，对现役的同类型叶片采用了“加严无损探伤”的方法，筛选掉有缺陷叶片；为了验证该方法的可行性和确定合格叶片的安全寿命，分别对合格和不合格（有缺陷）叶片进行了高温低周疲劳试验研究。在进行试验数据处理时分别使用了最小二乘法和极大似然法对威布尔参数β、η进行了计算，根据β、η两个参数，计算了合格和不合格叶片在故障概率为0.1%时的安全寿命值。     

提高涡轮叶片疲劳强度的几种措施

涡轮叶片的疲劳强度对于涡轮乃至发动机的工作安全至关重要,本文从叶片的材料、工艺和外场使用维护等方面入手,详细探讨了提高涡轮叶片疲劳强度的具体途径。     

基于少量数据确定航空发动机涡轮叶片的寿命分布

通过分析第一级高压涡轮转子(HPT-1)叶片现场故障数据,综合考虑影响HPT-1叶片寿命的因素、故障模式、维修情况等,建立三维数学模型,通过降维处理得出HPT-1叶片寿命分布柱状图,使用最小二乘法减少所拟合的威布尔寿命分布曲线与柱状图之间的误差。为处理现场数据提供一种切实可行的方法,且为航空公司维修管理部门安排HPT-1叶片维修操作提供依据,对减少飞机停机时间、提高航空公司运作效益有着重要的意义。     

涡轮叶片气膜孔加工技术及其发展

气膜孔加工技术作为先进航空发动机制造关键技术而被广泛应用,气膜孔加工质量直接关系到发动机的使用安全,应引起重视,同时也作为特种加工技术的重要应用领域而得到迅速发展。     

某涡轮盘小子样低周疲劳寿命评估计算——威伯斯先验评估法

介绍一种威伯斯先验评估法,并在有数据以及有数据支持和无数据支持两种情况下,利用两种小子样数据计算了涡轮盘的可靠性和使用安全寿命等。     

涡轮叶片-榫头-轮盘的蠕变与低循环疲劳寿命预测

为获得小型涡扇发动机的涡轮转子结构的预期寿命,通过对涡轮叶片-榫头-轮盘结构进行一体化建模,利用经典寿命预测方法对其蠕变持久寿命与低循环寿命进行了预测。首先,分析了各部位温度分布和应力-应变分布,确定寿命关键点,利用Larson-Miller方程计算叶片的蠕变持久寿命,然后采用Manson Coffin方程计算整个结构的低循环疲劳寿命。计算结果表明,由于载荷剖面下的工作温度较低,叶片的蠕变损伤极小,而由于榫头/榫槽部位存在应力集中,其低循环疲劳预期寿命仅有102次循环。     

涡轮叶片合金筏化量化表征及寿命退化研究

针对单晶/定向凝固涡轮叶片服役过程中微观组织筏化及其造成的叶片力学性能劣化问题,发展了一种基于旋转割线方法的微结构筏化参数提取方法,并提出筏化状态的量化表征因子。对不同组织筏化和粗化状态的定向凝固高温合金开展高温低周疲劳试验,建立了量化筏化状态和合金疲劳寿命退化的映射关系。结果表明:无论是粗化还是筏化都会造成合金疲劳寿命的大幅劣化,所建立的镍基高温合金筏化量化因子能够有效地表征合金疲劳寿命的衰减。     

某型发动机涡轮盘强度与疲劳寿命计算

对某涡桨发动机高压涡轮盘进行了有限元应力分析,结果表明:在各工作状态,涡轮盘的应力水平在各工作状态都处于弹性范围,最大应力点始终处于轮盘的偏心孔处;采用斯贝MK202发动机应力标准(EGD-3)提供的方法,对该涡轮盘的低循环疲劳寿命进行了估算。