基于场强法的燃烧室机匣后衬套安装座疲劳寿命预测

由于局部应力应变法存在缺陷而引入场强法,对缺口构件的疲劳寿命预测问题进行研究。给出了应力场强法估算缺口构件疲劳寿命的基本框架和分析计算步骤,通过算例对场强法重要参数场径的影响因素、应力集中系数和权函数进行了探讨,并对场强计算中的有限元网格细化问题进行了初步探讨。采用场强法和局部应力应变法对某型发动机燃烧室机匣后衬套安装座进行了疲劳寿命预测。结果表明：利用场强法预测出的寿命更接近试验结果。     

附件机匣振动力学行为及寿命分析

附件机匣作为航空发动机的重要部件,获得其寿命指标至关重要,在对附件机匣壳体进行疲劳寿命分析时,需要充分考虑其复杂多样的工作环境以及各载荷情况。基于ANSYS Workbench有限元仿真,计算得到了附件机匣在考虑自身重力和固定约束条件、轴承载荷、温度场以及振动载荷谱共同作用时的应力响应功率谱密度。采用雨流循环计数方法并通过MATLAB编程计算得到附件机匣的疲劳寿命。结果表明:振动谱沿Z轴得到的等效应力值最大,且最大点的应力响应PSD谱中σx的总均方根值远大于其余应力。单独采用σx应力PSD谱和采用所有应力PSD谱计算得到的寿命相差仅50 min,因此可采用RMS最大的σx应力PSD谱计算附件机匣的疲劳寿命。     

机匣安装边应力分析的混合法

机匣安装边与壳体转接处的应力分布复杂,该处存在膜应力,弯曲应力并有应力集中,要精确计算该区域的弯曲应力比较困难。本文提出了一种计算安装边转接处弯曲应力计算的解析方法,并根据光弹性试验结果总结了与安装边结构参数有关的应力集中系数计算的经验公式。同时,运用数学计算方法和光弹性实验数据相结合的混合法计算了某发动机延伸机匣的安装边应力。     

复杂受载承力机匣的强度及疲劳寿命

本文首先论述了航空发动机承力机匣应力分布计算与试验,指出这类机匣的有限元计算,一般可分为:模型估算、真实机匣应力分布计算和局邮结构的详细计算。其次介绍了圆筒机匣热应力理论与试验研究的基本方法与主要成果。最后从机匣低循环疲劳寿命预测的初步探索的角度,说明了缺口构件在常温与高温条件下的低循环疲劳寿命预测工作的一些进展。     

机匣横向安装边螺栓联接结构应力分析

航空发动机机匣多采用安装边螺栓联接结构。为了准确模拟安装边螺栓联接结构对航空发动机机匣的影响,本文利用ANSYS Workbench有限元软件对安装边螺栓联接结构进行仿真计算,应用有限元软件中的预紧力施加模块模拟螺栓的预紧力。通过选择一组不同预紧力大小进行计算,得到预紧力与安装边螺栓联接结构处等效应力及应力强度的关系曲线;通过有限元计算,获得安装边厚度、安装边高度及螺栓位置对安装边螺栓联接结构应力的影响规律,为机匣螺栓联接结构设计提供了参考依据。     

薄壁机匣螺栓连接结构多目标优化设计

为增大薄壁机匣安装边螺栓连接结构强度、减小其振动和重量,以满足现代航空发动机更高性能的要求,对机匣结构参数进行了优化设计。选取安装边高度、安装边厚度、机匣厚度和螺栓个数为参数变量,结构质量、一阶固有频率和最大等效应力为目标函数,根据Box-Behnken方法设计的样本点和有限元计算结果建立二阶响应面模型,基于层次分析获取权系数,并利用遗传算法对机匣结构进行多目标优化设计。最后,针对优化后的结构进行模态试验和有限元验证。研究表明,模态试验结果与有限元计算误差小于6%,同时优化显著提高了一阶固有频率,使其结构质量和最大等效应力分别降低5.28%和13.64%,验证了本文提出的优化方法的有效性和可行性。     

某发动机后机匣的低循环疲劳寿命试验研究

本文从标准循环载荷的确定、试验件及其安装设计、全尺寸机匣多点协调加载应力试验和循环试验、批准循环寿命和使用寿命的确定等几方面具体介绍某发动机后机匣低循环疲劳寿命试验研究的方法和概况。      

四参数疲劳定寿方法

对直升机传动系统采用的一种疲劳定寿方法——四参数法进行了研究:首先介绍了四参数应力-循环(S-N)曲线,然后详细介绍了通过材料平均 S-N 曲线获取构件安全 S-N 曲线的步骤以及直升机传动系统四参数疲劳定寿的程序和方法,研究了定寿流程中的各个技术细节.同时介绍了传动系统机匣疲劳试验中的多路协调加载技术以及某传动系统尾减机匣(TGB)的全尺寸疲劳试验情况.最后采用四参数疲劳定寿方法,根据某传动系统尾减机匣全尺寸疲劳试验结果和飞行实测载荷谱,对尾减机匣进行了安全寿命评估.该实例分析表明:四参数疲劳定寿方法为一种有效、可靠的寿命评估方法,具有推广价值.      

高温合金焊接接头应力分析与疲劳寿命预测

针对航空喷气发动机机匣上安装座的焊接结构, 建立了对接焊、错位对接焊、不等厚对接焊、新材料对接焊等4种焊接结构的有限元分析模型, 利用ANSYS软件进行了应力分析, 得到了4种焊接接头的应力集中系数;用“成组对比实验方法”进行了上述4种焊接结构的应力疲劳试验验证, 预测了它们的寿命区间.疲劳试件的扫描电镜(SEM)断口分析表明, 应力集中区域的焊接缺陷是影响疲劳寿命最主要的因素.      

复合材料机匣周向安装边模拟件强度与损伤分析

为了较准确地预测航空发动机机匣复合材料周向安装边的强度和失效模式,以某型涡扇发动机复合材料机匣周向安装边为对象,开展了复合材料机匣周向安装边模拟件的静拉伸试验和静强度及损伤预测方法研究。通过试验获得周向安装边模拟件静强度及给定考核静载下的损伤模式;基于3维逐渐损伤分析方法,采用挤压孔边局部节点合并等效接触算法,建立了复合材料机匣周向安装边模拟件的静载逐渐损伤分析模型,采用该模型对安装边模拟件不同角度的铺层损伤模式进行了分析。结果表明:静强度预测误差在6%以内,考核静载下的预测损伤与试验结果对比损伤区域基本一致;所建立的静载逐渐损伤分析模型具有较高的计算精度。     

一种航空仪表抗炮振疲劳性能分析

分析了地平表抗炮振性能,使用有限元软件对典型薄弱环节——随动托架上的配重安装片进行了炮振性能分析,使用线性累计损伤理论、名义应力法和S-N曲线进行了疲劳寿命计算,得到了疲劳寿命时间,对地平表进行了Y向和Z向炮振试验,验证了疲劳寿命的计算结果。最后,改进了配重安装片材料并再次进行了炮振试验,试验结果表明,改进后的配重安装片未发生疲劳断裂,满足使用要求。     

疲劳寿命计算中钉孔填充作用系数的取值研究

使用液压伺服疲劳试验机,在程序块载荷谱作用下对铆接铝合金薄壁纯弯梁进行了疲劳寿命试验,并给出了疲劳寿命试验结果。采用应力严重系数法对该纯弯梁进行了疲劳寿命计算。通过对试验结果和计算结果的对比分析及研究,给出了采用应力严重系数法计算铆接薄壁结构疲劳寿命时的钉孔填充作用系数的合理选用值。     

考虑应力松弛的缺口疲劳寿命预测方法

为了能够快速准确获得循环载荷条件下缺口局部应力应变并用于缺口疲劳寿命预测,基于粘塑性本构方程及光滑试样循环应力应变试验结果,发展了一种应力应变简化计算方法,采用该方法计算得到的光滑试样循环应力应变结果与试验结果的误差在5%以内,并将该方法结合寿命预测方程采用迭代的方式用于粉末高温合金FGH97单边圆形缺口试样疲劳寿命预测。结果表明:所发展的方法充分考虑了FGH97合金单边圆形缺口试样缺口根部区域的应力松弛,取得了较好的寿命预测结果,其分散带基本在2倍以内。     

某型发动机承力机匣疲劳载荷谱研究

以某型发动机承力机匣疲劳载荷谱编制为例,介绍了一种基于载荷剖面计算的航空发动机零部件疲劳载荷谱编制方法。为使编制出来的载荷谱易于应用,采用了一种压缩处理方法,以获得较少的等效循环矩阵。还分析了各个载荷矩阵之问的相位关系,得到了相应的相关矩阵。最终得到的承力机匣疲劳载荷谱为后续的强度与疲劳寿命分析及其试验谱的确定提供了依据。     

基于随机搜索法的机匣安装边螺栓连接优化设计

引入一种简便的约束优化方法——随机搜索法,通过建立机匣安装边螺栓连接的优化模型,基于Matlab平台进行了实例计算和分析,结果表明该方法应用于机匣安装边的螺栓连接优化是可行的。     

机匣安装边接触应力测量方法与分布规律研究

为了实现航空发动机机匣安装边结合面接触应力测量与分布规律研究,基于一种具有超宽压力监测范围的MXene柔性压力传感器建立了机匣安装边接触应力动态测量系统,将其安装在两层安装边之间,并铺设13个测点,根据传感器的电阻变化率时域响应及压力标定曲线,实时获得对应测点的应力变化。将试验结果与仿真结果进行对比,趋势吻合良好,应力误差均低于7%。并开展结构参数与预紧力矩对接触应力影响规律的研究,得到提高密封性能的措施。研究表明,所建立的分析方法和测量系统可以准确实现接触应力的动态测量,影响规律分析可以为安装边密封设计提供参考。此外,研究方法具有普遍的适用性,对实现不同机匣安装边接触应力测量与规律分析具有一定的指导意义。     

某型发动机风扇二级叶片/盘疲劳寿命研究

对某发动机风扇二级叶片/盘疲劳寿命进行了理论计算和试验研究。应用Ansys软件建立了该发动机风扇二级叶片振动分析有限元计算模型,并对其一阶弯曲共振时的应力分布进行有限元数值仿真分析,得到了叶尖振幅与叶背应力的关系;基于一阶弯曲共振模态,对叶片进行了疲劳寿命试验,获得了改型前后叶片的疲劳寿命。建立了轮盘应力分析有限元模型,计算得到了轮盘的应力分布,并以此应力分布为基础,计算得到了轮盘的疲劳寿命。研究结果表明:改型前后,叶片的疲劳寿命增大了4.1倍;叶片改型前后,无论是大间隙还是小间隙,改型后盘的疲劳寿命较改型前有所下降,但改型前后盘的疲劳寿命均满足设计要求。     

典型壁板搭接区试验件疲劳寿命分析

采用ABAQUS软件建立典型壁板搭接区试验件三维实体有限元模型,并进行应力分析,获得搭接区钉孔最大应力;运用应力严重系数法和线性损伤累积理论对典型壁板搭接区试验件在随机载荷谱作用下的疲劳特性进行计算分析,给出了试验件疲劳寿命预估值;计算结果满足目标寿命要求。将分析结果与试验件的疲劳耐久性试验结果进行对比,发现寿命预估值与试验结果吻合较好。     

系列化飞机结构疲劳寿命校准分析方法

文中汲取疲劳寿命校准思想,提出一种基于名义应力法的疲劳寿命校准分析方法,该方法首先能够确定疲劳分析敏感参数,进而依据试验结果对疲劳敏感参数进行校准优化,最终建立简便、有效的用于寿命计算的细节S-N曲线。通过与常规名义应力法计算结果进行比较,发现基于文中提出的疲劳寿命校准分析方法计算精度较高,具有较强的工程实用性。     

陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法

为了建立CMC疲劳寿命预测方法,推广CMC在航空发动机中的应用,根据BHE剪滞模型理论,分析了随着疲劳峰值应力的大小不同,CMC可能出现的4种疲劳迟滞行为,推导了每种迟滞行为下的循环应力-应变公式,模拟了给定应力条件下的疲劳迟滞回线,通过与试验数据对比,证明了迟滞回线模拟的准确性,进一步分析了界面剪应力随疲劳循环数的退化关系。结合界面剪应力退化模型与纤维强度退化模型,设计了纤维应力计算和疲劳寿命计算流程。针对2维编织CMC,根据单胞有限元计算结果提取了纤维束应力,并对CMC进行了疲劳寿命计算,推导了CMC疲劳寿命S-N曲线,其结果与试验数据基本吻合。针对2维编织CMC的疲劳寿命预测方法,可用于编织结构的CMC涡轮导叶疲劳寿命分析。