基于高低周复合疲劳试验技术的叶片失效故障复现

针对某涵道尾桨风扇叶片在风洞试验中发生的断裂故障,基于叶片破坏模式和载荷形式,初步分析为离心载荷/低循环疲劳(LCF)和气动载荷/高循环疲劳(HCF)耦合作用导致的疲劳破坏。基于此,通过正交载荷解耦和协调加载控制等关键技术开展联合载荷作用下的叶片复合疲劳(CCF)试验技术研究和试验考核验证。试验结果表明,离心载荷控制精度优于±1%,气动载荷控制精度优于±8‰。试验应变响应频率与试验加载频率一致性较好,满足试验加载和控制的同步性要求。最终,通过对叶片故障复现验证失效原因分析的正确性,为叶片结构优化设计、寿命评估和复合疲劳试验奠定技术基础。

叶片高低周复合疲劳试验技术研究

为了验证叶片在高低周复合载荷作用下的疲劳寿命,建立了叶片高低周复合疲劳试验技术。基于圆柱滚子轴承和直线滑轨提出了正交载荷解耦方法,利用外部信号触发方式建立联合载荷协调加载控制技术。以某涵道尾桨风扇叶片为研究对象,开展其在离心载荷/低循环疲劳和气动载荷/高循环疲劳耦合作用下的疲劳试验。试验复合载荷控制精度优于±1%,同步协调加载时间间隔小于0.3 s。结果表明,提出的高低周复合疲劳试验技术有效地解决了叶片正交载荷解耦和协调加载控制等技术难点。为提高叶片类部件的高低周复合疲劳寿命预测精度提供技术支持。

涡轮叶片耦合疲劳寿命预测与试验验证

为了解决涡轮转子叶片在温度、离心力和气动/噪声联合载荷作用下的疲劳强度问题,开展了高低周复合载荷谱分解方法和基于高低周载荷的全时域蠕变损伤累积模型研究,提出了同时考虑蠕变损伤、低周疲劳损伤和高周疲劳损伤的耦合疲劳寿命预测方法。同时,通过正交载荷解耦和耦合载荷协调加载控制等关键技术的应用,开发了高温环境下的高低周复合疲劳试验平台。最终,基于设计的涡轮叶片模拟件,完成了耦合疲劳寿命预测和试验验证。结果表明:模拟试件的耦合疲劳寿命试验结果分散系数为1.01,耦合疲劳寿命的预测结果与试验结果偏差小于24%,从而验证了疲劳寿命预测模型的正确性,为我国航空发动机热端部件的疲劳强度设计和验证提供了有效的技术途径。