涡轴发动机压气机盘裂纹扩展寿命研究_张权.pdf
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1、长沙航空职业技术学院学报JOURNAL OF CHANGSHA AERONAUTICAL VOCATIONAL AND TECHNICAL COLLEGE第 23 卷第 1 期2023 年 3 月Vol.23 No.1Mar.2023-1-DOI:10.13829/ki.issn.1671-9654.2023.01.001涡轴发动机压气机盘裂纹扩展寿命研究张权1,艾书民1,唐广1,2(1.中国航发湖南动力机械研究所,湖南株洲412002;2.中国航空发动机集团航空发动机振动技术重点实验室,湖南株洲412002)摘要:为提高发动机关键件的损伤容限设计水平,对涡轴发动机压气机第一级叶片盘裂纹扩展寿
2、命开展了系统的计算分析和试验研究。建立了轮盘的裂纹扩展有限元分析模型,对轮盘工作状态下的应力、裂纹扩展几何历程和裂纹扩展寿命进行了计算分析。在立式轮盘试验器上分多阶段开展了一级叶片盘的裂纹扩展试验,试验后对轮盘及其断口进行了宏观、微观检查,对断口裂纹扩展寿命进行了定量计算。试验结果证明三维裂纹扩展仿真分析方法有效、可靠且精度较高。为涡轴发动机压气机典型零件裂纹扩展分析积累了宝贵的经验。关键词:损伤容限;压气机盘;裂纹扩展;疲劳寿命;仿真分析;断口分析中图分类号:V231.95文献标识码:A文章编号:1671-9654(2023)01-0001-04Research on Crack Growt
3、h Life of the Compressor Disk of a Turbo-shaft EngineZHANG Quan1,AI Shu-min1,TANG Guang1,2(1.AECC Hunan Aviation Powerplant Research Institute,Zhuzhou Hunan 412002;2.AECC Key Laboratory of Aero-engine Vibration Technology,Zhuzhou Hunan 412002)Abstract:In order to improve the level of damage toleranc
4、e design,the crack growth life of a compressor disk was studied by simulation analysis and experiment.A finite element model of the impeller was established.Stress,crack growth geometry progress and crack growth life of the impeller under working condition are calculated and analyzed.Crack growth ex
5、periments were carried out on a vertical disk tester.After test,the fracture was observed macroscopically and microscopically.The fracture crack growth life was quantitatively calculated.Valuable experience in crack growth analysis of typical turboshaft compressor parts was provided in this research
6、.Key words:damage tolerance;compressor disk;crack growth;fatigue life;simulation analysis;fracture analysis收稿日期:2022-06-26作者简介:张权(1993),男,安徽舒城人,工程师,工学硕士,研究方向为航空发动机结构强度。大量的发动机使用经验表明部件的材料和加工缺陷是客观存在的,但是由于这些缺陷的存在概率很小,不能完全在试验室抽样试验中反映出来,因此安全寿命方法难以对其进行描述,一般是通过假设部件不存在缺陷的方式来处理。然而1989 年材料夹杂缺陷导致的苏城空难和 1996 年轮盘
7、连接螺栓处的加工缺陷导致的潘城空难表明,这些极小概率存在的缺陷一旦发生,将引起灾难性的后果。事实表明,对于存在缺陷的情况而言,传统方法并不适用。损伤容限设计是假设零件存在初始缺陷,用基于断裂力学的疲劳裂纹扩展分析方法,分析零件中的裂纹扩展速度和寿命,确保其拥有足够的剩余强度和寿命,不至于在检查间隔时间内发生破坏。-2-长沙航空职业技术学院学报第 23 卷国内外许多学者和工程人员对轮盘裂纹扩展进行了研究,Hou J 等通过对预制裂纹的轮盘进行疲劳试验,获得其裂纹扩展速率和寿命1;江有为开展了某动力涡轮盘裂纹扩展寿命研究,通过仿真计算和试验验证,对比分析了该轮盘的裂纹扩展速率2;李宇飞采用三维裂纹
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