基于有限元方法的航空发动机叶片应力强度因子计算

为研究叶片裂纹尖端的应力奇异性,以某型航空发动机压气机叶片为例,利用有限元方法研究了叶片裂纹尖端应力强度因子的计算方法,并研究了旋转叶片振动状态下裂尖应力强度因子随裂纹长度的变化规律。建立计算模型时,在裂纹尖端划分了三维奇异单元,在裂尖外围划分了过渡单元。计算结果表明:研究旋转叶片振动状态下的裂尖应力奇异性,仅利用I型应力强度因子就具有足够的精度;对于同一裂纹,绝大多数情况下叶盆面应力强度因子大于叶背面应力强度因子,故研究叶片应力强度因子时只需研究叶盆应力强度因子即可;随着裂纹扩展,叶盆面I型应力强度因子不断增大。本文的研究方法及结论为进一步研究叶片的裂纹扩展规律及损伤容限奠定了基础。

钢珠对某型发动机压气机一级转子叶片撞击损伤研究

基于钢珠撞击钛合金平板叶片进气边的试验数据,通过模拟撞击过程与撞击结果,确定了仿真所需要的材料参数与计算参数。此后,以某型航空发动机一级转子叶片为研究对象,采用塑性随动硬化本构模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了飞机起飞、降落过程中,叶片最大工作状态下,不同速度钢珠对叶片进气边同一部位的撞击损伤。为定量描述损伤规律,提出了相对能量和临界损伤能量的概念,发现:相对能量不仅能够反映外物质量(大小)及相对速度对叶片损伤的总效果,而且就文中研究的叶片而言,相对能量与损伤深度及损伤宽度呈指数关系,叶片的临界损伤能量值为6.6J。