基于试片超高周疲劳试验的叶片高周疲劳寿命估算方法

依据梁的振动理论,推导了叶尖振幅a与叶片自振频率f乘积af值,来表征叶片振动应力;基于某型航空发动机压气机叶片材料试片超高周疲劳试验结果,结合af值理论,推断该叶片高周疲劳寿命.对该叶片进行1阶弯曲高周疲劳试验,结果显示:af值为1 700,1 800,1 900mm/s时,超高周试验疲劳试片和实际叶片的疲劳寿命均在1×107,0.7×107,0.5×107周次附近,即超高周疲劳试验试片和实际叶片的疲劳寿命基本一致.     

TC17合金弯曲振动超高周疲劳试验

针对航空发动机压气机叶片用TC17合金的超高周疲劳性能数据需求,自主设计超高频板材试样并在电动振动台上开展弯曲振动疲劳测试,获取了109循环数范围内的超高周疲劳S-N曲线,并通过升降法得到了该合金109循环数对应的疲劳极限强度,在实际测试过程中有效激振频率达到1756 Hz左右。此外,与相同材料的常规疲劳试验结果进行了对比分析。结果表明:超高频弯曲振动疲劳试验结果与常规疲劳试验结果的变化趋势保持一致,尤其是在超高周寿命区间的测试结果的接近程度较高;超高频弯曲振动试验方法在提高测试效率的同时保证了结果的可靠性。     

面向可靠性设计的发动机材料超高周疲劳强度估计方法

提出了一种面向可靠性设计的四参数随机疲劳极限模型,可针对小样本数据实现超高周疲劳（VHCF）应力-寿命（S-N）曲线处理。通过对航空用钛合金常规样本数超高周疲劳数据的拟合分析和对比验证了模型的准确性。同时,以某型航空发动机压气机叶片用TC17钛合金为研究对象,分别对室温（RT）和400 ℃小样本超高周疲劳数据进行了处理,得到了典型置信度和可靠度条件下的超高周疲劳强度估计值。结果表明：本文提出的四参数随机疲劳极限模型,能够通过少量的长寿命区试验数据获得材料超高周范围内发动机设计所需的疲劳强度估计值;相较于常用的升降法,基于本模型进行试验安排可大幅降低68%的试验量,为发动机材料的超高周疲劳强度评价提供方法支持。     

TC17钛合金超高周弯曲振动疲劳试验

基于航空发动机叶片基本失效形式,开发了悬臂梁式弯曲振动超声疲劳试验系统(激振频率20kHz),设计了能模拟叶片振动、适合于超高周弯曲振动疲劳试验的试件.利用该系统开展了钛合金TC17超高周弯曲振动疲劳试验研究,分析了断口的金相图.结果发现:裂纹萌生有表面和次表面两种模式,并不依赖于内部夹杂和缺陷,没有发现内部裂纹萌生迹象,次表面裂纹扩展也不呈“鱼眼”形貌.与文献所述的“鱼眼”形貌特征不同.      

TC11材料高低周复合疲劳试验研究

对航空发动机风扇/压气机叶片用TC11材料的高低周复合疲劳(L-HCCF)进行了试验研究.通过对试验结果的统计分析,获得了TC11材料高低周复合疲劳特性;同时,运用TC11材料高低周复合疲劳线性累积损伤评估方法,对TC11材料的疲劳寿命进行了评估并与试验结果进行了对比,预测结果与试验结果基本吻合.本文研究可为在役发动机...     

镍基单晶/柱晶高温合金超高周疲劳研究进展

镍基单晶/柱晶高温合金具有高温强度高、抗氧化性强、抗疲劳性能优异等优点,是目前先进航空发动机涡轮叶片的主要材料。超高周疲劳（疲劳寿命>10⁸）是涡轮叶片在服役中后期面临的主要问题。对镍基单晶/柱晶高温合金的超高周疲劳进行综述,分析结果表明,单晶/柱晶高温合金在高温下存在反常屈服现象;对比不同频率下的疲劳研究,未发现明显的频率效应;分析断裂机理,发现裂纹主要从内部孔洞等铸造缺陷处萌生。总结了疲劳寿命预测模型,展望了镍基单晶/柱晶高温合金超高周疲劳的发展方向。     

某型钛铝合金航空发动机叶片高温高周振动疲劳实验

以某型钛铝合金航空发动机叶片为研究对象,针对该型叶片高温高周振动疲劳实验时遇到的高温疲劳应力监测、高频激励等问题进行了实验方法研究。采用闭环控制最大应力的方法解决了高温疲劳应力的监测,通过夹具放大设计实现了高频激励,利用辐射加热和电磁振动台完成了温度载荷和振动载荷的综合施加。运用所述的高温高周振动疲劳实验方法,对该型叶片进行了寿命实验。实验的高温疲劳应力控制精度优于±2%,得到该型叶片可靠度为50%的中值疲劳极限是444 MPa,并有效获得了其寿命曲线。该实验方法适合航空发动机叶片高温高周振动疲劳实验,并可为其他航空发动机零部件高温高周疲劳实验提供参考。     

航空发动机叶片多轴疲劳试验研究进展

近几年航空发动机叶片失效分析的统计表明,叶片失效多由离心力叠加异常振动的多轴疲劳载荷引起.总结现有单一载荷加载、双轴载荷加载等多轴疲劳试验方法的优缺点,并分析其在评价航空发动机叶片多轴疲劳时存在的问题.重点介绍目前国际上最新研制的可有效模拟发动机叶片受力状态的拉伸-弯曲振动多轴疲劳试验方法.建议尽快建立适合我国航空发动机叶片的多轴疲劳试验系统.     

基于材料疲劳特性的零部件低周疲劳试验载荷修正

航空发动机零部件低周疲劳试验时,由于试验温度与发动机实际工作环境温度不一致,需要对载荷进行修正。基于材料疲劳特性数据,给出了一种疲劳试验的载荷修正方法。该方法可综合考虑循环次数、循环类型、应力集中、循环硬化/软化等材料特性的影响,相比以往依据极限强度进行载荷修正的方法更为全面、合理。同时,给出了基于材料疲劳特性进行载荷修正的流程图,通过实例介绍了该方法在低周疲劳试验载荷修正中的应用。     

TC11材料高低周疲劳裂纹萌生与扩展特性研究

通过对航空发动机叶片用TC11材料在高低周复合载荷下进行裂纹扩展试验,研究了TC11材料高低周复合疲劳裂纹扩展规律,得到了高低周载荷条件下的裂纹稳态扩展曲线及断口特征。其结果可对风扇/压气机叶片抗高低周复合载荷下的裂纹扩展能力进行分析和评估,为下一代先进航空发动机设计提供技术支撑。     

TA11钛合金超高周疲劳行为

利用常规疲劳试验方法获得TA11合金在不同温度,不同应力比下的3×10~7及1×108超高周疲劳极限,并采用三参数幂函数法获得合金超高周疲劳中值S-N曲线及其描述方程。研究发现:与传统1×10~7疲劳极限相比,TA11合金的超高周(3×10~7及1×108)疲劳强度表现出继续降低的趋势,这一趋势在负应力比(R=-1)下不太明显,在正应力比(R=0.1,0.5)下十分显著,并且室温下的降低幅度大于高温下的降低幅度;断口分析表明,室温下TA11合金试样的超高周疲劳裂纹均萌生于表面,高温下TA11合金试样的超高周疲劳裂纹萌生方式与应力比有关,R=-1和0.1时疲劳裂纹萌生于表面,R=0.5时疲劳裂纹萌生于内部;TA11合金试样的表面状态是导致其疲劳寿命分散的主要原因。     

航空发动机自动平衡技术发展综述

针对航空发动机在运行过程中不平衡振动过大的问题,采用自动平衡技术进行在线质量补偿,可有效降低其振动水平。目前自动平衡技术主要运用于航空发动机结构、控制算法、工程应用3个方面。基于影响系数法的电磁驱动型自动平衡在美国空军C-130H运输机上得到工程应用,飞行测试4个发动机螺旋处的振动均低于1.27mm/s,降低了94%,因螺旋桨振动导致的压气机处振动降低了75%。研究结果表明:航空发动机自动平衡技术可实现在线持续动平衡,能有效降低发动机及其组件的振动疲劳损伤,降低发动机维护费用,延长维修周期。自动平衡技术在航空发动机领域得到工程应用是一个循序渐进的过程,还需要进一步开展结构设计、控制策略、系统集成等方面的研究工作,并在航空发动机设计阶段就考虑纳入自动平衡结构。      

基于整机试车的涡轮叶片高低循环复合疲劳试验技术

针对航空发动机涡轮叶片同时承受高循环载荷和低循环载荷的特征,以小推力涡喷发动机为研究对象,搭建了基于引电器的涡轮叶片动应力测量系统,利用数值模拟和试验测试结合的方法,实现了高度为30mm的涡轮叶片在40000r/min转速、950℃环境温度条件下的动应力测量,并以此为基础发展了整机高低循环复合疲劳试验方法,开展了高压涡轮叶片高低复合疲劳整机试验。研究结果表明,该型发动机转速在34920r/min时,叶片高循环振动应力达到112.7MPa,带来了涡轮叶片的高循环疲劳损伤且是引起涡轮叶片产生裂纹的主要因素,低循环疲劳载荷是导致裂纹扩展的主要因素,两者综合作用会显著影响涡轮叶片寿命。      

某型发动机整机振动故障诊断分析

对某型某台份发动机在出厂试车时出现的整机振动大的故障现象,进行了振动特征分析;采取排除法进行分解检查和试车验证,证明该振动是由转子不平衡所致。     

某型发动机高压压气机第6级静子叶片掉角故障分析

针对某型发动机高压压气机第6级静子叶片掉角故障,分别进行了断口分析、强度计算、振动模态试验和整机动应力测试,综合分析结果表明:第6级静子叶片掉角断口均属于高周疲劳;实测第9阶振型的最大相对振动应力区与故障叶片的裂纹起始位置吻合;第9阶自振频率对叶尖附近的弦长、厚度及尾缘R的尺寸微小变化很敏感。采取了增加频率限制、对涂"W"漆前的吹砂工艺进行细化以保护叶片的措施,使得该故障得以排除。     

航空发动机滑油颗粒监测与控制标准研究

在航空发动机零部件的加工、装配及发动机工厂试车和检验试车过程中,运用先进的技术手段,开展以发动机零部件清洁度控制、装配清洁度控制及试车阶段滑油磨粒的监测试验,探索滑油中污染物的来源、污染程度及其对发动机使用的影响,确定磨粒来源、产生原因及典型故障模式,提出减少、控制污染物及磨粒的改进意见,进而制定出发动机滑油颗粒监测与控制标准,并应用于发动机生产及零部件的质量控制,对改进产品质量,降低生产成本,缩短生产周期等具有重要意义。     

压气机叶片复合疲劳试验系统的设计及疲劳寿命分析

为了模拟航空发动机工作典型状况,研究高低周复合疲劳对某型一级压气机叶片疲劳性能的影响,设计了高低周复合疲劳试验系统,进行了复合疲劳试验,振动试验及仿真分析;确定了叶片一阶振动频率为1530Hz,得出复合疲劳试验较纯低周加载缩短叶片寿命的作用高达586%。通过分析中值S N曲线和P S N曲线, S N曲线拟合系数高达099。通过对复合疲劳试验后的叶片断口进行分析,叶片断口的宏观和微观性状均出现了明显的疲劳源、高周扩展区、低周扩展区以及瞬断区,找到了叶片的断裂经历了高低周复合疲劳作用形成的明显特征区,最后说明了复合疲劳试验系统设计的合理性和可行性。