带管槽的静子叶片强度、振动分析

介绍了一种带管槽的静子叶片的强度、振动分析方法。该方法是通过改变单元的材料特性 ,用较简单的几何模型模拟较复杂的几何模型 ,来进行强度、振动分析 ,大大减少了前处理的时间 ,提高了工作效率。

涡轮叶片的粘塑性分析

本文应用正交各向异性Walker统一粘塑性材料本构模型,通过用户子程序的方法把本构方程引入大型有限元分析软件MSC.MARC中,用该模型对某发动机涡轮叶片进行了热粘塑性分析。计算结果表明,应用Walker模型对各向异性构件进行热粘塑性分析是可行的。

喷丸强化对GH4169合金孔结构高温低周疲劳性能的影响

螺栓结构是航空发动机盘件的重要连接结构,但服役时存在结构应力集中的螺栓孔结构受到大载荷作用,容易发生疲劳失效。根据高压压气机盘螺栓孔结构设计中心孔板材疲劳试样,对中心孔板材疲劳试样进行喷丸强化,研究了原始、高强度和低强度喷丸工艺等3种状态下表面粗糙度和残余应力场,并表征了3种状态下的高温低周疲劳性能。结果表明:相比铰孔状态,大强度的喷丸工艺使孔壁表面粗糙度显著增大,并且在倒角区域出现喷丸塑性流动金属的堆积,虽然引入了深度较大的残余压应力场,但仍然使得疲劳性能有所降低;小强度喷丸后疲劳性能有所提高但分散度增大。通过断口可以看出,原始和小强度喷丸后疲劳源萌生在孔壁处,呈多源疲劳断口;大强度喷丸后疲劳源萌生在孔边倒角区域,为单源断口。

带箍环掠型叶片整体叶盘强度分析方法研究

针对带复合材料箍环掠型叶片整体叶盘结构 ,开发了对叶片快速施加气动载荷的方法 ,发展了整体叶盘的应力应变分析和寿命预测方法 ,成功地完成了模型叶盘的应变测量和低循环疲劳试验。通过模型叶盘数值分析与试验测量数据的比较可见 ,二者吻合较好 ,从而验证了上述方法的有效性。

带CFRP箍环整体叶盘强度和寿命分析及试验

针对带碳纤维增强复合材料(CFRP)箍环整体叶盘结构,对其强度和低循环疲劳寿命进行了数值分析和试验研究。首先,在进行CFRP力学行为数值模拟和性能测试的基础上,进行了带箍环整体叶盘应力应变分析、振动特性分析和低循环疲劳寿命预测。其次,成功地完成了叶盘的应变测量、模态试验和低循环疲劳试验。最后,数值分析与试验数据的对比分析表明二者吻合较好,从而验证了上述数值分析方法的有效性。

带复合材料箍环整体叶盘固有振动特性研究

针对带碳纤维增强复合材料箍环整体叶盘新结构 ,基于循环对称模型 ,采用正交各向异性和各向同性三维元对其进行有限元振动性分析 ,完成了模型叶盘的模态分析试验。 3种模型的数值分析结果与试验数据吻合较好 ,从而验证了上述方法的有效性。同时 ,指出了带箍叶盘振动的一些特点。

孔挤压强化对Inconel 718高温合金疲劳性能的影响

为了提高Inconel 718高温合金螺栓连接孔的疲劳抗力,研究了孔挤压强化对Inconel 718高温合金中心孔试样疲劳寿命的影响,并采用扫描电镜、粗糙度仪、X射线应力测量仪及金相显微镜等仪器对孔壁表面完整性进行分析,探讨了孔挤压强化机制。结果表明：1.90%挤压过盈量的中心孔试样的中值疲劳寿命是未强化试样中值疲劳寿命的1.16-4.79倍。与2.85%挤压过盈量的试样相比,1.90%挤压过盈量试样取得了更优的疲劳寿命增益效果。分析发现：经1.90%挤压过盈量的孔挤压强化后,孔壁表面完整性得到了显著改善,孔壁表面粗糙度下降了64.2%,孔边形成了较深的残余压应力场,孔边晶粒组织发生了明显的塑性变形,形成了组织强化层。表面完整性的改善对疲劳寿命的增益具有重要作用。

某小型航空发动机燃烧室结构改进与分析

本文就某小型航空发动机燃烧室在试验后发现的火焰筒外环出口端变形现象进行了研究,通过火焰筒强度计算和分析确定该现象是由于火焰筒头部结构刚性不足造成的。从改变火焰筒头部结构刚性入手,对比分析多种改进方案,借鉴现有国外先进发动机燃烧室火焰筒头部结构形式,并通过火焰筒强度计算分析、燃烧室性能数值模拟计算分析,改进了火焰筒头部结构形式,成功地排除了这一故障隐患,为后续发动机研制提供了参考和工程实践经验。

DD6单晶合金循环蠕变性能研究

采用含与不含气膜孔平板试样,研究了[001]、[011]和[111]晶体取向在980℃不同保载时间和应力条件下的镍基单晶合金DD6的循环蠕变性能。研究发现,DD6单晶合金的高温蠕变疲劳性能存在明显的方向性,试样形状及表面状态是影响单晶合金寿命的重要因素,特别是气膜孔的存在显著地降低了材料的循环蠕变寿命;不含气膜孔平板试样蠕变损伤起主要作用,含气膜孔平板试样疲劳损伤起主要作用。同时,在高温条件下,不同保载时间的蠕变和疲劳损伤对试件的破坏起重要作用,蠕变与疲劳的交互作用会大大缩短材料的使用寿命。

激光冲击强化对TC17钛合金模拟叶片疲劳极限的影响

通过振动疲劳试验探究了激光冲击强化(LSP)对带根部倒圆的TC17钛合金叶片一阶弯曲疲劳极限的影响,结合疲劳断口、组织观察和残余应力测试等方法分析了激光冲击强化提高叶片疲劳极限的强化机制。结果表明,激光冲击强化对TC17钛合金叶片的一阶弯曲振动频率无影响,但显著提高了叶片的疲劳极限(约8%)。冲击强化后叶片的金相组织无显著变化,但表层晶粒组织明显细化,并在距离材料表面50μm的深度范围内形成剧烈塑性变形区,材料表面产生了不小于466 MPa的残余压应力。晶粒细化和残余压应力是叶片疲劳极限提高的直接原因。

冷挤压GH4169合金孔结构疲劳性能与断口分析

对G H4169合金中心孔板材进行冷挤压强化,研究其挤压前后825MPa/600℃/R=0.1疲劳寿命,分析挤压前后表面粗糙度变化和疲劳过程中的残余应力场演化,并细致观察两件挤压试样不同寿命(分别为25105周次和10719周次)断口以分析表面完整性对疲劳过程的作用.结果表明:相比原始试样,冷挤压强化后试样中值疲劳寿命估计量提高了1倍,挤压后较低的表面粗糙度和疲劳过程中稳定的残余应力场是疲劳寿命提高的主要原因.同时,挤压后疲劳寿命标准差增大.由断口定量分析可知,两件试样距疲劳源区0.1mm之后的扩展寿命相当,而萌生寿命(分别为18786周次和5915周次)却相差巨大.造成孔挤压后寿命分散性大的原因是0.1mm以内的裂纹萌生寿命差别.为提高孔结构疲劳性能稳定性,挤压时应注意近表层表面完整性的控制.

冷挤压与热时效对GH4169合金孔结构高温低循环疲劳寿命的影响

对GH4169合金中心孔板材试样进行冷挤压强化,研究了冷挤压和(600℃,500 h)热时效对试样在(600℃,820 MPa,R=0.1,三角波)条件下的低循环疲劳性能的影响。结果表明:冷挤压后中值疲劳寿命估计量由原始状态的7278周次提高到19536周次,提高了约2.5倍,显著提高了高温疲劳寿命,而热时效后原始状态疲劳寿命由7278周次降低到4717周次,降低了35.8%,发生了疲劳弱化。疲劳弱化的原因是热时效使γ″强化相向δ相转变,强化相含量减少,δ相数量增多且发生形态变化。热时效后,原先冷挤压表面残余压应力由−708 MPa降低到−483 MPa。仍然起到强化作用的稳定部分残余压应力场与热时效后强化相减少的弱化作用综合影响,使得冷挤压强化+热时效后疲劳寿命(8188周次)较原始状态寿命(7278周次)提高了12.5%。

FGH96合金轮盘超速预过载对材料性能的影响

对FGH96粉末高温合金轮盘在室温120%超速预过载作用后的盘体进行取样,在550℃高温条件下测试了材料的拉伸性能和低周疲劳性能。测试结果表明:经过超速预过载作用后,FGH96粉末高温合金材料出现了应变强化现象,550℃拉伸屈服强度提高,低周疲劳寿命提升,高倍组织无明显变化,低周疲劳破坏模式无变化。FGH96粉末高温合金轮盘超速预过载过程对盘体材料的强化现象,对于提升轮盘低周疲劳寿命具有积极的意义。

单晶涡轮叶片晶体取向优化设计

采用损伤型晶体蠕变滑移本构模型,对具体工况下某发动机单晶涡轮叶片进行蠕变变形分析.应用多学科优化设计理论采用自适应模拟退火(ASA)算法和非线性序列二次规划(NLSQP)优化算法对单晶叶片晶体取向进行优化设计.叶片分析结果表明:叶片纵向的晶体取向偏角和叶片横向随机取向的晶向角,对单晶叶片的叶尖蠕变变形具有较大的影响.对随机晶向角进行一维优化,当晶向角为76.2°时,叶片具有最小的叶尖径向位移0.077 74 mm,优化幅度为2.0%;叶片纵向偏差角0°时的叶尖径向位移为0.079 29mm,10°时的叶尖最大位移为0.093 52 mm,最大变化幅度为17.9%.

孔挤压对于高温合金GH4169孔结构高温疲劳性能的影响

根据高压压气机盘螺栓孔结构,设计中心孔板材疲劳试样.表征了孔挤压强化后的表面轮廓,分析了在多种交变载荷条件下孔挤压前后试样的疲劳寿命,并进行了断口观察和疲劳过程中孔挤压残余应力的演化分析.结果表明:孔挤压强化减小了孔壁表面粗糙度,并使孔结构在多种高温大应力条件下的高温疲劳性能提高1~3倍,但疲劳数据分散度略有增大.孔挤压残余应力在最大拉应力为663MPa,温度为600℃,应力比为0.1条件下20 000次疲劳试验中松弛到60%.原始试样的多源疲劳断口主要起源于孔边的加工刀痕,而挤压强化试样断口起源于孔挤压在倒角区域流动金属堆积处,为单源疲劳断口.