晶体取向的偏差和随机性对镍基单晶叶片强度与蠕变寿命的影响

本文提出双参数蠕变损伤模型用以模拟镍基单晶合金叶片的强度和寿命。该模型得到单轴应力状态和模拟叶片、双剪切试样复杂应力状态的考核。叶片分析表明:单晶叶片轴向的偏角增大,强度的分散性变大。两个不受控的晶体取向变化时,滑移系的分切应力最大有15%的变化;轴向的偏角的增大,寿命的分散性变大,15°的偏角,寿命偏差6倍。两个不受控的晶体取向变化时,寿命有50%的变化。结果表明:对叶片进行3维取向优化,可以提高叶片的蠕变寿命。

航空发动机涡轮叶片的多学科设计优化

叙及了多学科设计优化技术在航空发动机涡轮叶片设计中的应用研究,对涡轮叶片多学科设计优化方法进行设计的具体实施过程进行了介绍,讨论了结构、气动、传热、强度、振动和寿命以及优化算法等跨学科之间进行耦合优化设计的理论和方法。文末给出了一计算实例。

面心立方晶体单晶材料弹塑性本构模型

基于正交各向异性材料在偏轴受载时存在拉、剪应力耦合效应的影响,通过增加一项由应力偏张量分量的二次乘积项构成的应力不变量,对Hill屈服模型进行修正,并根据面心立方晶体单晶材料的屈服特点提出了新的屈服准则。用新屈服准则对国产DD3单晶合金的屈服应力进行预测,预测结果与试验结果相吻合;新屈服准则与Hill屈服准则相比,在760℃时的预测精度显著提高。在此基础上,重新定义适合新屈服准则的等效应力和等效应变,并由联合流动法则,以屈服函数作为塑性势函数,建立面心立方晶体单晶材料的弹塑性本构模型,推导出相应的弹塑性矩阵。对于各向同性材料,新屈服准及其等效应力和等效应变退化为VonMises屈服准则和其相应的等效应力与等效应变。

汽油转子发动机燃烧过程模拟技术研究

建立了汽油转子发动机燃烧过程的数学模型;基于实验数据,考察了往复式汽油机湍流燃烧速率计算经验式在汽油转子发动机中应用的不适用性,并对其进行了修正;将建立的燃烧模型和修正后的湍流燃烧速率计算公式用于预测汽油转子发动机燃烧室内气体压力和平均指示压力,预测与测量结果基本吻合。结果表明:建立的汽油转子发动机燃烧过程数学模型和修正后的湍流燃烧速率计算公式准确,可用于汽油转子发动机性能模拟研究。

镍基单晶高温合金的屈服准则研究

将Hill屈服准则用于DD3单晶合金屈服应力的预测 ,通过与试验结果比较发现 ,在 760℃时的误差较大。根据单晶材料的屈服特点 ,考虑单晶合金偏轴受载时存在拉、剪应力耦合作用的情况 ,提出一个考虑拉、剪应力耦合能量分量 ,在工程上实用的单晶合金屈服准则 ,给出确定该屈服准则参数的方法 ,并重新定义适合新屈服准则的等效应力和等效应变。对各向同性材料 ,新屈服准则退化为vonMises屈服准则 ,新定义的等效应力和等效应变退化为vonMises等效应力和等效应变。在新屈服准则中出现的参数可以通过单向拉伸试验确定。用该屈服准则对DD3单晶合金的屈服应力进行预测 ,760℃时能很好地符合试验结果 ;与Hill屈服准则相比 。

镍基单晶高温合金蠕变—疲劳寿命评估方法进展

论述镍基单晶合金的滑移变形机制和疲劳裂纹萌生机理 ,分别介绍镍基单晶合金蠕变寿命和低循环疲劳寿命分析评估模型 ;镍基单晶合金蠕变、疲劳寿命的研究方法可分为应用各向异性张量描述非弹性各向异性变形的宏观力学 (唯象 )模型和基于晶体学滑移变形理论的微观力学模型 ;晶体取向、平均应力、环境温度、循环频率、循环应力比是影响单晶合金蠕变—疲劳寿命的主要因素。复杂应力状态下的单晶合金多轴低循环疲劳损伤 ,单晶合金在疲劳—蠕变交互作用下的疲劳损伤和单晶合金的接触疲劳损伤等问题是需要研究的重要课题。

基于多目标遗传算法的航空发动机总体性能优化设计

采用一种基于Pareto最优解的多目标遗传算法—N SGAⅡ算法,以双轴混合排气式涡轮风扇发动机为算例,集成发动机性能模型、流路尺寸模型和质量模型,以单位推力、耗油率等为目标函数进行了多目标优化设计。计算结果表明:N SGAⅡ算法具有较好的稳健性和鲁棒性;基于N SGAⅡ算法的发动机总体性能优化方法能够获得目标空间内分布均匀的Pareto最优解集,有效克服了发动机总体性能方案设计时人工经验依赖较重的缺点,可为决策者进行目标权衡提供充分依据。

涡轴(涡桨)/涡扇(涡喷)发动机通用核心机技术

通用核心机技术不仅可增加所发展发动机的通用零件数,缩短研制周期,还可使所发展的各类发动机性能均较先进.不同流量的通用核心机可相应发展不同功率/推力范围的各类发动机,通用核心机的设计需考虑强度与气动性能的折衷,其部件应有宽广的高效与稳定工作范围,且通用前提下也允许核心机后续发展时有小的变动.文中最后讨论了某中小型通用核心机方案设计中涡轮级数和压气机形式的选择问题.

两段预紧的端齿连接转子轴向预紧力的确定

现代涡桨、涡轴发动机多采用前、后两段分别轴向预紧的端齿连接转子，确定其预紧力的大小是一个极为重要而又非常困难的问题。在已知转子工作时各种载荷引起的轴向松弛力和压紧力的前提下，本文作者曾提出过一个综合考虑紧度裕度、强度裕度、装配关系等多因素的轴向预紧力确定准则。通过对中心拉杆中间凸肩与其接触零件在工作中是否出现分离现象的进一步研究，本文对原先提出的准则作了必要的补充，并对相应的预紧力计算方法进行必要的修改，以满足准则中的新要求。

Ni基高温单晶合金结构强度与寿命研究方法分析

Ｎｉ基单晶制叶片已在国外一些高性能飞机发动机上得到了实际应用，文中对该材料的一些高温力学性能做了归纳，对迄今单晶结构变形、强度与寿命处理方法及其局限性作了评述，进而对该领域的发展方向进行了初步探讨。

航空发动机多学科设计优化技术研究

多学科设计优化(MDO)是为实现复杂产品设计方法升级换代的最佳技术途径。针对先进航空发动机设计面临的各学科间耦合关系复杂、指标冲突严重等困难,按零件、部件和总体方案设计3个阶段对MDO的各项关键技术开展了研究、开发及应用工作,提出了基于MDO技术的航空发动机一体化设计方法。给出的5个工程应用实例表明,该方法与传统设计方法相比,能大幅提高航空发动机设计水平,具有广泛的工程应用前景。

参数限制对涡轴发动机过渡态控制的影响

通过研究涡轴发动机的限制参数,提出了涡轴发动机控制系统中可能采用的限制规律并建立了一个带多种限制模块的数字控制器,以某型涡轴发动机数学模型为控制对象,对带限制参数和不加限制的过渡态控制进行了仿真对比,给出了地面和空中的仿真结果,结果表明不同的限制参数组合会对发动机的过渡态性能产生不同的影响,在控制系统中合理选取限制参数及限制值能够优化发动机过渡态性能。

Ni基单晶叶片粘塑性分析

从位错滑移机理出发，建立了一种适用于Ｎｉ基高温单晶结构分析用的晶体滑移粘塑性本构模型。该模型将八面体、十二面体及六面体滑移系作为潜在的开动滑移系，考虑阻应力和背应力两种内应力状态参量。利用某Ｎｉ基单晶叶片材料在７００℃和９５０℃的试验结果对模型进行了考核并标定了模型参数。进而将所建模型编入有限元结构分析软件中，对某型发动机单晶叶片进行了计算分析。

镍基单晶合金弹塑性本构模型

Hill模型用于面心立方单晶的弹塑性变形,在描述屈服特性的晶向相关性时精度不高。考虑正交各向异性材料在偏轴受载时存在拉、剪应力耦合效应的影响,通过增加一项由应力偏张量分量的二次项乘积构成的应力不变量,对Hill屈服模型进行修正,并根据单晶合金的屈服特点提出了新的单晶合金屈服准则。用该屈服准则对DD3单晶合金的屈服应力进行预测,760℃时能很好地符合试验结果;与Hill屈服准则比较,预测精度显著提高。在此基础上,重新定义了适合新屈服准则的等效应力,并由联合流动法则,以屈服函数作为塑性势函数,采用等向硬化模型,建立了单晶合金的弹塑性本构模型,推导出相应的弹塑性矩阵。对于各向同性材料,新屈服准及其等效应力则退化为VonMises屈服准则和其相应的等效应力。

端齿连接转子轴向预紧力的确定

在已知转子工作时各种载荷引起的轴向松弛力和压紧力的前提下，本文提出综合考虑紧度裕度、强度裕度、装配关系等多因素的轴向预紧力确定准则，并由此建立了预紧力优化的数学模型，给出了５个目标函数以满足不同的设计要求。

燃气涡轮转子盘-片系统三维非线性循环应力-应变分析

燃气涡轮转子盘 -片系统的几何形状和结构形式比较复杂 ,在高温、高转速的恶劣条件下工作 ,准确的应力分析是进行强度计算和疲劳寿命预测的重要前提。使用ANSYS有限元结构分析软件 ,建立了燃气涡轮盘 -片接触系统三维循环对称有限元模型 ,考虑了叶片材料的各向异性、涡轮盘与叶片榫头之间的接触非线性、材料的弹塑性变形和温度不均匀引起的热应力等情况 ,数值模拟涡轮盘 -叶片组件的受力状态及边界条件 ,进行三维非线性循环应力 -应变分析。

卡箍刚度的有限元计算与实验测定

准确确定卡箍刚度对管路系统的振动特性分析具有重要意义。本文针对航空发动机管路系统中不同卡箍的结构特点，建立了计算卡箍刚度的有限元模型。对单管接地卡箍及双管悬地卡箍的刚度系数进行了有限元计算，还对一典型双管悬地卡箍刚度进行了实验测定。通过卡箍刚度计算结果与实验结果的对比表明，本文建立的卡箍刚度计算方法可用于管路系统振动特性分析工程实际之中。

汽油转子发动机热力过程数值模拟研究

建立了汽油转子发动机燃烧室内热力过程及一些边界的数学模型,并发展了相应的计算软件。通过数值模拟计算获得了汽油转子发动机燃烧室内气体压力、各区内气体温度随偏心轴转角的变化及各工况下的性能参数,并将数值计算和试验测量结果进行了对比分析。结果表明:本文发展的预测汽油转子发动机热力过程的数学模型正确,计算软件可靠,计算精度满足工程需要,可用作设计研制汽油转子发动机的分析工具。

端齿连接转子轴向松弛力（压紧力）计算

将端齿连接转子的零部件简化归并为４类结构，利用弹性力学、壳体理论、有限元素法及多变量函数插值技术等手段，导出各类结构轴向柔度系数的工程计算表达式，并给出离心力、气动力、热载荷及机动载荷等在各端齿接触面处引起的轴向松弛力或压紧力的计算公式。还介绍了根据本文提出的方法及公式开发的计算机程序。

镍基单晶合金复杂应力状态低周疲劳寿命预测

根据损伤应变能释放率的定义表达式,将各向同性材料应力三轴性因子拓展到正交异性材料,定义了含有3个弹性常数的镍基单晶应力三轴性因子。用它修正Mises应变范围作为疲劳损伤参量,可以显著消除晶体取向和多轴载荷对疲劳寿命的影响。用损伤应变能释放率作为热力学广义力描述正交异性材料的疲劳损伤过程,引入取向函数和损伤驱动力循环特征参数反映晶体各向异性对疲劳损伤的非线性影响以及循环载荷的交变特性,提出了单晶合金低周疲劳损伤模型。利用CMSX-2镍基单晶合金薄壁圆筒试样的拉-扭循环载荷低周疲劳试验数据和DD3镍基单晶合金缺口试样的低周疲劳试验数据,运用多元线性回归分析方法拟合模型的材料常数,试验所得数据分别落在2.5倍和2.0倍偏差分布带内。