某型航空发动机低压压气机轮盘疲劳可靠性分析

论文摘要

轮盘是航空发动机的主要组成部分，是发动机的关键转动部件之一。常见的导致轮盘失效的因素有低循环疲劳、振动、屈曲、蠕变等。随着现代航空发动机推重比的不断提高，轮盘的设计应力水平大幅提高，低循环疲劳失效逐渐成为轮盘最主要的失效形式之一。低循环疲劳失效多发生在轮盘榫槽底部应力集中较严重的部位。在榫槽底部应力呈现复杂的多轴状态，传统的疲劳分析都是基于单轴应力，很显然这两种应力状态有着很大的不同。另一方面，从可靠性的角度来说，轮盘也是一个系统。压气机轮盘由24个榫槽组成，任一榫槽破坏均导致轮盘的损坏，显然轮盘可以看作是由榫槽组成的串联系统。然而，如果用单元独立失效假设的串联系统可靠性模型来计算轮盘系统的可靠度，结果将明显小于真实值，这是因为各榫槽之间并不是相互独立的，即各榫槽之间存在失效相关性。 本文通过理论分析与试验研究相结合的研究方法，就轮盘疲劳可靠性分析的方法与可靠性模型的建立进行了深入研究，主要内容如下： （1） 对现有轮盘疲劳可靠性分析的方法进行了评述，对轮盘材料进行了应变控制的低循环疲劳试验，并对试验数据进行了回归处理，引入了欧文乘子法来获得给定可靠度和置信度的参数估计值和应变寿命曲线。 （2） 以有限元分析和标准试件疲劳试验为基础，通过有限元分析的方法，细致分析了轮盘处于工作状态时，叶片榫头的接触应力对榫槽底部应力状态的影响。在详细分析榫槽应力状态的基础上，确定了轮盘的临界平面。应用临界平面法进行轮盘的疲劳寿命评估，充分考虑了多轴应力状态对疲劳寿命的影响，具有更高的精度。 （3） 对影响轮盘疲劳寿命的各因素进行了敏度分析，给出了疲劳寿命对各相关参数的敏度曲线。通过比较疲劳寿命对各参量的敏度值，确定了对疲劳寿命影响较大的参量，并作为可靠性设计的基础。 （4） 通过Monte-Carlo数字仿真进行了轮盘的模拟试验，利用概率权重矩法进行了试验结果的拟合，确定了轮盘疲劳寿命的分布形式，建立了轮盘零部件的疲劳可靠性模型。 （5） 通过系统的观点来考虑轮盘作为一个系统的可靠性，轮盘是一个由榫槽组成的

论文目录

• 独创性声明
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 压气机轮盘疲劳可靠性研究状况
• 1.2.1 国外轮盘疲劳可靠性研究现状
• 1.2.2 国内轮盘疲劳可靠性研究现状
• 1.3 轮盘疲劳可靠性预测方法发展
• 1.4 本文的主要工作及内容
• 第二章 轮盘相关试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料和条件
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验条件与试样
• 2.3 低循环疲劳试验结果
• 2.4 应变疲劳参数的确定
• 2.5 小结
• 第三章 疲劳可靠性分析方法
• 3.1 引言
• 3.2 P-S-N曲线
• 3.2.1 S-N曲线
• 3.2.2 中值S-N曲线
• 3.2.3 P-S-N曲线
• 3.3 基于局部应力应变法的疲劳可靠性模型
• 3.4 剩余强度模型
• 3.4.1 剩余强度
• 3.4.2 剩余强度模型
• 3.5 疲劳累积损伤模型
• 3.6 疲劳寿命模型
• 3.7 小结
• 第四章 轮盘有限元分析与敏度分析
• 4.1 引言
• 4.2 压气机轮盘结构
• 4.3 轮盘的线弹性有限元分析
• 4.4 轮盘的弹塑性有限元分析
• 4.5 轮盘疲劳寿命参数的敏度分析
• 4.5.1 差分法敏度分析
• 4.5.2 疲劳强度系数
• 4.5.3 疲劳强度指数
• 4.5.4 疲劳延性系数
• 4.5.5 疲劳延性指数
• 4.5.6 弹性模量
• 4.5.7 等效应变能
• 4.6 小结
• 第五章 轮盘疲劳寿命评估的多轴疲劳临界平面SWT模型
• 5.1 引言
• 5.2 多轴应力与临界平面法
• 5.2.1 多轴疲劳
• 5.2.2 临界平面法
• 5.3 SWT模型及应用
• 5.3.1 SWT模型
• 5.3.2 SWT模型应用实例
• 5.4 轮盘临界平面的确定
• 5.5 与传统疲劳寿命预测方法的比较
• 5.6 小结
• 第六章 基于Monte-Carlo法的轮盘疲劳可靠性建模
• 6.1 引言
• 6.2 Monte-Carlo数字仿真试验
• 6.3 轮盘疲劳寿命分布的确定
• 6.4 轮盘疲劳寿命分布参数的检验
• 6.5 轮盘可靠性模型
• 6.6 小结
• 第七章 轮盘系统的相关失效分析
• 7.1 引言
• 7.2 轮盘系统相关失效理论分析
• 7.3 轮盘系统相关失效可靠性数字仿真
• 7.4 小结
• 第八章 轮盘疲劳可靠性分析程序编制
• 8.1 引言
• 8.2 程序系统结构
• 8.2.1 编程语言的选择
• 8.2.2 程序整体结构
• 8.3 系统主要功能模块
• 8.3.1 数据管理模块
• 8.3.2 敏度分析模块
• 8.3.3 可靠性分析模块
• 8.3.4 参数检验模块
• 8.3.5 帮助模块
• 8.4 小结
• 第九章 结论
• 创新点
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表论文情况
• 作者简介