论文部分内容阅读
作为飞机的动力装置,航空发动机对飞机的性能和安全性起着至关重要的影响。愈趋严酷的工作条件致使发动机转子部件承受着复杂的工作载荷,这意味着在提高飞机发动机的推重比、燃油使用效率以及发动机总体性能的同时,必须对其主要零部件所具备的可靠性给予足够的重视。作为航空发动机限寿件之一,高压涡轮盘常在高温、高压环境下高转速运转,一旦出现微小裂纹,就可能给飞机造成无法估量的灾难性后果。为了保证航空发动机的安全可靠运行,要求高压涡轮盘必须具有相应的高可靠性。针对上述问题,本论文对某型号航空发动机高压涡轮盘开展了如下研究工作:1)涡轮盘结构疲劳寿命预测中的不确定性量化。高压涡轮盘等热端部件通常在多重不确定因素影响下承受着复杂的工作载荷。这些不确定因素对其疲劳寿命预测与可靠性评估过程起着不可忽视的影响。本论文建立了基于拉丁超立方抽样方法来确定材料属性参数和载荷随机性影响的有限元仿真框架,材料不确定性是通过Chaboche模型与Mason-Coffin方程传递并反馈到结构应力/应变响应。2)涡轮盘的概率疲劳寿命预测与结构可靠性分析。在实际工程当中,高压涡轮盘经常承受着复杂多轴载荷,针对此,基于Fatemi-Socie(FS)模型预测了该高压涡轮盘的疲劳寿命。通过开展耦合多重不确定因素影响的高压涡轮盘结构有限元分析,根据有限元仿真分析结果获得了其概率疲劳寿命,在此基础上,对处于多重不确定因素影响下的高压涡轮盘进行了疲劳可靠性及灵敏度分析。3)考虑载荷相互作用及次序效应的非线性累积损伤模型。高压涡轮盘的工作载荷通常为变幅载荷,考虑到变幅载荷作用下Miner线性损伤累积理论的准确性和适用性并不理想,本论文提出了基于等损伤曲线的新非线性疲劳损伤累积模型。通过引入大量的试验数据及模型对比,验证了所提出模型的准确性与可行性。4)基于累积损伤的涡轮盘疲劳寿命预测与可靠性分析。为了考虑载荷间相互作用效应及其加载次序效应对涡轮盘结构寿命的影响,本论文运用新提出的非线性损伤累积模型预测了高压涡轮盘的疲劳寿命及其疲劳可靠性。