孔隙对3D打印功能梯度材料验证轮盘破裂转速影响分析

目前多材料融合3D打印技术对于短寿命、低成本小型发动机的研发具有很好的应用前景,如3D打印功能梯度材料在新型涡轮盘典型热端关键部件上的应用。为探究3D打印技术产生的孔隙缺陷对涡轮盘破裂转速的影响,基于极限应变法开展了500℃测试均匀温度场及真实温度场下功能梯度材料验证轮盘的破裂转速分析。研究中主要考虑孔隙率、大孔隙所处区域、大孔隙个数、孔隙间距及孔隙与起裂位置的距离等孔隙缺陷表征参量及相关因素对验证轮盘破裂转速的影响。研究结果表明,对于3D打印轮盘的性能分析,不能只考虑孔隙缺陷的随机分布,分布于高应变区(危险截面)的大孔隙将导致验证轮盘破裂转速的显著下降,在3D打印时应严格控制距离预测起裂位置较近的高应变区域内的缺陷。

某压气机盘破裂转速分析与试验

基于平均应力法和局部应变法,针对某型航空发动机高负荷压气机第一级整体叶盘开展破裂转速预测与试验验证。结果表明:平均应力法对破裂裕度的预测结果偏保守,预测值较实测值偏低4.94%,工程应用偏于安全;而局部应变法对破裂裕度的预测结果比实测值偏高8.94%,工程应用偏于危险。两种方法对于破裂形式和起裂位置的预测均与实测结果相符。设计结果可应用于航空发动机整体叶盘及分离式轮盘结构在初步设计阶段的方案选型中,对快速优选轮盘方案具有指导意义。

车用涡轮增压器叶轮破裂转速的弹塑性数值分析

基于ANSYS有限元分析软件,对车用涡轮增压器涡轮叶轮和压气机叶轮进行了材料非线性弹塑性有限元数值分析,计算了涡轮叶轮和压气机叶轮在离心载荷作用下的破裂转速,并与试验结果进行了对比。结果分析表明,建立在弹性基础上的叶轮破裂转速预估方法不够准确。考虑材料非线性的弹塑性计算更接近实际结果,可以应用于叶轮的强度校核和结构优化。破裂转速的计算结果表明,涡轮叶轮的强度储备大大高于压气机叶轮的强度储备,对其进行结构减重设计或优化十分必要。

轮盘弹塑性盘破裂准则的建立及变厚度轮盘破裂转速预测

建立了与材料延伸率相关的轮盘弹塑性破裂准则。为了验证所提出破裂准则的正确性,采用非线性有限元对变厚度轮盘破裂试验件的破裂转速进行了预测,并与试验结果进行了对比。结果表明,二者吻合很好。

用大变形解析法和小变形解析法计算轮盘破裂转速的比较

简单介绍了用于计算轮盘破裂转速的两种解析计算方法，即基于Ｎａｄａｉ形变理论的大变形解析法和基于小变形理论的小变形解析法。列出了用两种方法计算轮盘破裂转速和应力、应变场的结果，并得出一些有意义的结论。

某高压涡轮整体叶盘破裂转速计算方法及试验验证

轮盘的一个重要设计准则是防止其破裂。本文介绍了某高压涡轮整体叶盘破裂转速的计算方法和试验验证。根据试验结果对整体叶盘破裂转速的计算方法进行了验证,反推并验证了该高压涡轮整体叶盘的材料利用系数。该研究成果可供工程设计人员参考。

涡轮盘应力场及破裂转速的有限元分析

涡轮盘是航空发动机关键件,其工作载荷复杂。对涡轮盘进行应力分析及破裂转速计算是轮盘设计的重要内容。运用参数化有限元设计语言(APDL)的知识和编程方法对某型高压涡轮盘参数化建模,并对其进行应力分析,求解涡轮盘的轴对称应力场。通过积分得到轮盘子午面的周向平均应力,进而得到试验环境下涡轮盘破裂转速,并进行了强度校核。理论解和数值解吻合良好,验证了APDL编程方法及ANSYS软件使用的正确性。

基于内聚力模型的轮盘破裂转速预测方法研究

基于双线性内聚力模型研究含初始径向裂纹的轮盘破裂转速。该模型用于模拟含初始裂纹的轮盘裂纹扩展过程,并预测轮盘的破裂转速。内聚力模型通过高强度钢4340轮盘验证,其预测的破裂转速与试验值相比误差为2.51%;将内聚力模型应用于GH4169高温合金轮盘。结果表明:随着初始径向裂纹尺寸的增加,破裂转速下降,预测的破裂转速与理论解相比误差均<4%。

SiC纤维增强整体叶环破裂转速研究

为研究航空发动机SiC纤维增强钛合金整体叶环的强度,采用有限元法计算了整体叶环子午截面的周向应力分布,分析了其承载模式和理论破裂转速,然后通过高速旋转台试验测定了整体叶环的实际破裂转速。研究结果表明,以复合材料的局部最大周向应力计算的整体叶环的破裂转速与实际测试结果最为接近。叶环残骸断口SEM照片显示,超速旋转过程中首先发生了SiC纤维丝与钛合金基体的界面分脱,随后纤维丝被拉断导致复合材料承载能力下降,最终引起整体叶环的破裂。

某低压涡轮盘破裂转速分析与试验验证

为了研究轮盘破裂转速分析方法并提高破裂转速预测精度,基于有限元计算结果,采用平均应力法和局部塑性应变法对某低压涡轮盘破裂转速和破坏起始部位进行预测,并与试验和失效分析结果进行对比分析。结果表明:平均应力法和局部塑性应变法预测的破裂转速与试验结果吻合较好;局部塑性应变法预测轮盘破裂起始部位与失效分析结果吻合较好;对于研究的轮盘及其工作环境,平均应力法预测破裂转速偏低,局部塑性应变法预测破裂转速偏高;局部塑性应变法预测精度相对更高。

粉末冶金涡轮盘破裂转速分析与验证

结合改进前粉末冶金涡轮盘的破裂情况、断口分析和破裂转速分析方法,从提高总体强度、降低局部应力和应变、降低残余变形、控制加工工艺等方面,采取增大倒圆、增加辐板厚度等方法对粉末合金涡轮盘进行了结构和工艺上的改进。通过对比分析改进前后涡轮盘的局部应力应变、整体屈服强度储备和残余变形,及后续的涡轮盘破裂转速试验均表明,本文采取的改进措施效果明显,能显著降低破裂位置处的局部应力、提高径向屈服强度及降低盘缘残余变形。

民用涡轴发动机动力涡轮盘破裂转速研究

以民用涡轴发动机动力涡轮盘为研究对象,建立了动力涡轮一级盘和动力涡轮二级盘的有限元分析模型,采用平均应力法和弹塑性有限元法分别计算得到了两级动力涡轮盘的破裂转速。设计了试验工装,进行了工装和配重叶片强度分析,完成了破裂转速测量试验,获得了两个轮盘的破裂转速和破裂形式,并与计算结果进行了对比分析。研究表明:两个动力涡轮盘的破裂形式均为子午面破裂;与弹塑性有限元法相比,平均应力法的计算误差较大。此研究可为该型涡轴发动机的动力涡轮盘优化设计以及同类型轮盘破裂转速分析与试验提供借鉴和参考。

基于失效应变法的某型航空发动机轮盘超转破裂转速计算及试验验证研究

基于失效应变法,针对某型航空发动机轮盘超转破裂试验件开展了轮盘破裂转速计算和试验验证。轮盘破裂转速分析与试验结果符合性较好,轮盘起始破裂位置通过轮盘碎片断口及残余变形获得了验证,通过分析计算和试验结果的对比证明了失效应变法用于轮盘超转破裂分析的合理性,以及相对于轮盘破裂转速的传统分析方法(平均应力法)失效应变法在轮盘破裂转速预测方面的优势。

航空发动机轮盘破裂转速预测方法对比分析

利用ANSYS软件建立轮盘的有限元模型,对其进行应力应变分析;采用平均应力法和弹塑性有限元法对轮盘的破裂转速进行预测,对两种工程应用方法的计算结果进行对比分析,并总结了应力应变随转速变化的规律;通过破裂试验验证两种方法对破裂转速预测的精确性。

某涡轮转子破裂转速计算与试验研究

转子破裂转速的多种预测方法各有其相应的应用条件和范围,本文针对轮盘挡板组合转子的破裂转速进行了理论预测和全尺寸组合转子试验验证,结果表明基于有限元计算结果的平均应力法和极限应力应变法有良好的预测效果,挡板先于轮盘起裂且迅速扩展带来巨大转动不平衡量促使涡轮盘迅速起裂。

材料性能分散性对轮盘破裂转速预测结果的影响研究

为优化航空发动机轮盘结构设计,节约轮盘破裂转速预测成本,借助GH4169轮盘材料拉伸性能数据,采用基于塑性失稳准则和大变形有限元分析的轮盘破裂转速预测方法,分别利用双线性、多线性及非线性材料本构模型,分析探讨了材料性能分散性对轮盘破裂转速预测的影响。结果表明,在典型分散范围内考虑材料性能分散性对轮盘破裂转速预测结果有一定影响,但影响较小;在预测轮盘破裂转速时,可直接采用最差材料性能曲线,以获得相对保守偏于安全的结果。

某压气机轮盘破裂转速分析与试验验证

为研究轮盘破裂转速分析方法并提高破裂转速预测精度,基于平均应力法和极限应变法对某型大功率燃气轮机压气机轮盘破裂转速进行分析。通过后续开展的轮盘超速及破裂试验,对轮盘应变、残余变形及起始破裂位置进行了验证。研究结果表明:轮盘破裂转速分析结果与试验相符,压气机轮盘的主要破裂形式为子午面破裂;与平均应力法相比,极限应变法预测精度更高,并且可以准确预测起始破裂位置。

某粉末冶金高温合金涡轮盘破裂转速分析

介绍了平均应力法、平均径向应力修正法、残余变形法、局部塑性应变法等破裂转速预测方法,并采用这些方法对某粉末冶金高温合金涡轮盘破裂转速进行了分析.通过理论预测与试验结果的对比得知:采用平均径向应力修正法、残余变形法、局部塑性应变法预测的破裂转速与试验结果吻合较好,而采用基于径向应力分布均匀假设的平均应力法推算的破裂转速与试验结果相差较大.

轮盘径向破裂转速计算方法分析及修正

分析了轮盘径向破裂转速理论计算方法及常用平均径向应力计算方法的含义及其特点.且依据理论计算方法的含义,提出了基于有限元计算结果的轮盘径向破裂转速计算修正方法.通过实例应用,证明了相对于理论方法计算结果,修正方法较常用平均径向应力方法计算精度更高,其计算精度由6.6%提高到0.5%以内,且修正方法较理论方法使用更方便、工程适用性更强.

轴流式轮盘破裂及屈服转速的数值分析方法

发现并解决了用大变形解析法计算小外载轮盘破裂转速的不收敛问题,从而完善了大变形解析法。采用该方法和有限元法对某对转涡轮的高压轮盘的破裂转速和屈服转速进行了计算,并选用模型盘的试验数据检验了两种方法的计算精度。此外,还用两种方法计算了偏心轮盘的破裂及屈服转速。