航空发动机涡轮盘疲劳寿命预测与动态可靠性分析

发布时间：2017-02-06 11:14

  本文关键词：某航空发动机涡轮盘疲劳可靠性寿命预测，由笔耕文化传播整理发布。

《电子科技大学》 2014年

航空发动机涡轮盘疲劳寿命预测与动态可靠性分析

张智胜  

【摘要】：作为飞机的关键部件-心脏,航空发动机是飞机正常工作的动力来源,是由数量繁多的零部件组成的结构复杂的系统,在飞机中的地位十分重要。发动机在服役过程中,不断地起动和停车,使其各部件受到复杂的循环载荷作用,十分容易出现疲劳失效、蠕变/断裂等故障,从而在很大程度上威胁着飞机工作的安全性。航空发动机的使用成本、维护费用及其可靠性等与发动机的断裂关键部件-涡轮盘息息相关,涡轮盘的正常工作是发动机乃至飞机整机正常服役的重要保障,其主要失效模式为低循环疲劳失效。推重比、油耗等发动机的性能要求随航空工业的发展日益提高,使作用于涡轮盘的应力和温度载荷愈加严酷,同时要求更高的安全性。作用于涡轮盘的载荷是随机非唯一的,即随机载荷的作用次数是多次的,这对涡轮盘的可靠性具有很大影响。同时涡轮盘的强度和应力的相对大小亦是其可靠性的重要影响因素。多次作用于涡轮盘的随机载荷与工作时间的长短和起始时刻均有关系,故涡轮盘的可靠性是动态的。基于以上原因,对涡轮盘进行低循环疲劳寿命预测和动态可靠性分析,具有重要的理论意义和工程实用价值。本文主要考虑离心载荷(轮盘和叶片)和温度载荷的影响,对涡轮盘进行应力应变分析,根据热弹塑性有限元分析结果计算其低循环疲劳寿命。最后对该涡轮盘进行动态可靠性分析。本文主要由以下三部分内容组成:(1)根据几何数据建立涡轮盘三维模型,在此基础上建立涡轮盘有限元计算模型,根据载荷谱计算涡轮盘的离心载荷,确定温度场,结合涡轮盘的材料参数对涡轮盘进行弹塑性应力应变分析,确定涡轮盘危险部位的应力应变谱。(2)在对涡轮盘应力计算与强度分析的基础上,确定涡轮盘的应力集中系数,将作用于其上的非对称循环载荷转换为对称循环载荷,利用名义应力法中的S-N曲线法拟合涡轮盘的疲劳寿命曲线进行疲劳寿命分析。确定涡轮盘的局部应力应变和疲劳性能参数,应用局部应力应变法中的Morrow修正模型和Mason-Coffin修正模型对该涡轮盘进行寿命预测,并与名义应力法的结果作对比分析。最后考虑多危险部位数目对轮盘寿命的影响,对预测结果进行修正。(3)考虑循环载荷作用次数对可靠性的影响,根据对涡轮盘寿命预测的分析结果,结合GH4133B材料的疲劳特性,对涡轮盘的疲劳寿命分布函数进行拟合。在传统应力-强度干涉模型的基础上,引入条件疲劳可靠度,利用全概率公式,建立涡轮盘在确定载荷和随机载荷单次以及随机载荷多次作用下的可靠性模型,对相应情况下涡轮盘的疲劳可靠性进行分析。并在此基础上,利用随机统计量中泊松分布记数过程的概率特性,建立涡轮盘在随机载荷多次作用下的时变疲劳可靠性模型,对该涡轮盘进行动态疲劳可靠性分析。

【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V232.3
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 李朝阳;张艳春;;燃机涡轮盘三维瞬态温度及应力场计算分析[J];动力工程;2006年02期

2 王通北 ,陈美英;军用航空发动机的可靠性和寿命[J];航空发动机;1994年01期

3 朱顺鹏;黄洪钟;谢里阳;;考虑小载荷强化的模糊疲劳寿命预测理论[J];航空学报;2009年06期

4 高阳;白广忱;;轮盘低循环疲劳寿命可靠性分析方法[J];机械设计与制造;2009年06期

5 杨兴宇,阎晓军,赵福星,董立伟;某型航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命分析[J];机械强度;2004年S1期

6 朱涛;胡殿印;王荣桥;;航空发动机涡轮盘低循环疲劳-蠕变寿命预测[J];科技创新导报;2008年25期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王卫国;轮盘低循环疲劳寿命预测模型和试验评估方法研究[D];南京航空航天大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 罗希延;航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳损伤断裂与微观机理研究[D];湘潭大学;2011年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 钟群鹏,张峥,田永江;机械装备失效分析诊断技术[J];北京航空航天大学学报;2002年05期

2 王大伟;马艳红;洪杰;;基于危害度航空发动机可靠性评估模型及应用[J];北京航空航天大学学报;2008年08期

3 陈荣刚;赵桃峰;莫晋凯;;EMD分解滤波特性在航空发动机平稳振动信号分析中的应用[J];四川兵工学报;2010年07期

4 时兵;金烨;;600MW汽轮机组再热主汽阀门阀杆的热胀及其影响[J];动力工程;2008年04期

5 苏文献;眭宏梁;许斌;马嫄情;范斌;;U型管式换热器管板的动力响应分析[J];动力工程学报;2012年01期

6 余飞;朱杰;;基于嵌入式系统的发动机循环参数记录仪系统设计[J];电子测量技术;2006年06期

7 申文才;杨自春;曹跃云;;基于应变场强法的涡轮盘-片疲劳/蠕变寿命预测[J];发电设备;2009年02期

8 冯震宙;高行山;刘永寿;岳珠峰;;某型飞机燃油系统数值建模方法与仿真分析[J];飞机设计;2007年05期

9 柳文林,徐可君,段成美;军用航空发动机的腐蚀及腐蚀控制[J];腐蚀科学与防护技术;2005年02期

10 宋辉;李昌平;李晓明;宋文波;;航空发动机健康评估研究[J];国防技术基础;2010年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 柴志刚;;某发动机压气机静子叶片裂纹分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年

2 郭伟彬;何玉怀;苏彬;;某发动机涡轮盘的低周疲劳行为[A];第十届全国青年材料科学技术研讨会论文集（C辑）[C];2005年

3 林言丽;褚福磊;;扭矩作用下直裂纹与斜裂纹转子系统动力特性[A];第八届全国转子动力学学术讨论会论文集[C];2008年

4 石清鑫;袁奇;;某型燃气轮机透平转子的稳态温度场及应力场分析[A];第9届全国转子动力学学术讨论会ROTDYN'2010论文集[C];2010年

5 费成巍;艾延廷;白广忱;;基于模糊熵的航空发动机整机振动故障诊断方法[A];第十二届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2010年

6 梁磊;陈杰;蒋东翔;;航空发动机常见气路故障和振动故障特征分析[A];第十二届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2010年

7 费成巍;白广忱;;基于极值响应面法的涡轮叶片径向变形非线性动态概率分析[A];第十五届中国科协年会第13分会场：航空发动机设计、制造与应用技术研讨会论文集[C];2013年

8 谢永慧;常姣姣;张明辉;张荻;丰镇平;;大功率汽轮机高温叶片蠕变特性数值研究[A];中国动力工程学会透平专业委员会2013年学术研讨会论文集[C];2013年

9 谢永慧;常姣姣;张明辉;张荻;丰镇平;;大功率汽轮机高温叶片蠕变特性数值研究[A];中国动力工程学会透平专业委员会2013年学术研讨会——S03涡轮叶片设计、分析和研究论文集[C];2013年

10 顾亮;张迪;顾国华;;基于投影距离某机振动故障原因发现算法研究[A];2014航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 段红燕;不同载荷下缺口参数对轴类零件低周疲劳寿命的影响[D];兰州理工大学;2009年

2 胡绪腾;外物损伤及其对钛合金叶片高循环疲劳强度的影响[D];南京航空航天大学;2009年

3 王烨;民机产品可靠性评估技术研究[D];南京航空航天大学;2009年

4 郑书朋;飞行模拟器的计算机系统实时调度与通信关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

5 任淑红;民航发动机性能可靠性评估与在翼寿命预测方法研究[D];南京航空航天大学;2010年

6 朱顺鹏;高温复杂结构的混合概率故障物理建模与疲劳寿命预测[D];电子科技大学;2012年

7 郭隽;高温疲劳表面短裂纹群体演化行为研究及数值模拟[D];大连理工大学;2000年

8 张天宏;民航发动机远程故障诊断技术研究[D];南京航空航天大学;2001年

9 徐颖强;循环载荷下接触安定问题的数值方法及工程应用[D];西北工业大学;2003年

10 范志强;航空发动机机匣包容性理论和试验研究[D];南京航空航天大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吕锋;航空发动机涡轮盘疲劳寿命可靠性研究[D];天津大学;2012年

2 胡静;基于DSP数字滤波的转靶振动测量研究[D];北京交通大学;2010年

3 张宏伟;塔式起重机疲劳破坏机理的分析研究[D];西安建筑科技大学;2012年

4 马凤飞;镍基单晶合金的屈服准则及叶片疲劳寿命[D];哈尔滨工程大学;2012年

5 王鹏;任意分布参数的涡轮盘低周疲劳失效概率敏感度及其鲁棒设计[D];东北大学;2010年

6 辛朋朋;基于最弱环理论的缺口疲劳寿命预测方法研究[D];南京航空航天大学;2012年

7 汤咏;基于不确定性的航空发动机涡轮盘概率疲劳寿命预测[D];电子科技大学;2013年

8 王嵩;某航空发动机涡轮盘疲劳可靠性寿命预测[D];电子科技大学;2013年

9 刘宁波;基于损伤力学的轮盘结构疲劳—蠕变损伤分析及寿命预测[D];电子科技大学;2013年

10 黎晓宇;转子低循环疲劳试验器若干关键技术研究[D];浙江大学;2013年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周道祥,孙训方;结构元件蠕变与疲劳寿命估算方法研究进展[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);1999年01期

2 徐宜;刘云鹏;卜树峰;;基于雨流法的机械疲劳分析[J];车辆与动力技术;2008年03期

3 贺小帆,刘文珽;服从不同分布的疲劳寿命分散系数分析[J];北京航空航天大学学报;2002年01期

4 王一飞;王燕舞;吴晓源;崔维成;黄小平;;有效应力强度因子范围门槛值与载荷比关系的研究(英文)[J];船舶力学;2008年03期

5 曹京霞,黄旭,李臻熙;TA15钛合金的高周疲劳性能和断裂特征[J];材料工程;2004年03期

6 李辉;曲恒磊;赵永庆;冯亮;曾卫东;;片层厚度对损伤容限型TC21合金裂纹扩展速率的影响[J];材料工程;2006年04期

7 张修丽;孙晓慧;李明扬;;中温回复下疲劳Cu单晶体驻留滑移带的演变[J];材料工程;2009年01期

8 王峰会,鄢君辉,王泓;两种Al_2O_3结构陶瓷断裂强度的统计分析[J];稀有金属材料与工程;2000年05期

9 吴崇周;李兴无;黄旭;马济民;曹春晓;;TA15钛合金疲劳裂纹扩展与显微组织的关系[J];稀有金属材料与工程;2007年12期

10 刘新灵;陈星;侯学勤;陶春虎;;FGH95粉末冶金高温合金损伤与断裂特性研究[J];稀有金属材料与工程;2009年07期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 高阳;白广忱;任远;;考虑径向温差的轮盘低循环疲劳可靠性分析[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 雷冬;疲劳寿命预测若干方法的研究[D];中国科学技术大学;2006年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 朱顺鹏;黄洪钟;谢里阳;;考虑小载荷强化的模糊疲劳寿命预测理论[J];航空学报;2009年06期

2 张国庆;王成焘;徐滨士;;几种疲劳寿命预测方法的探讨及评价[J];机械强度;2011年03期

3 涂柏林;;《工程材料高低循环复合疲劳》讲座(四)——高、低循环复合疲劳寿命预测[J];机械强度;1987年03期

4 董照钦,段作祥,何晋瑞;损伤法则在时间相关疲劳寿命预测中的应用[J];航空动力学报;1988年03期

5 苏翰生;;优化计算在蠕变-疲劳寿命预测中的应用[J];航空材料学报;1990年01期

6 唐俊武;王建国;王红缨;穆向荣;;磁致伸缩效应在疲劳寿命预测中的应用[J];物理测试;1991年05期

7 陈胜军;基于隶属函数的疲劳寿命预测模型[J];机械科学与技术;2003年S1期

8 陈胜军;模糊疲劳寿命预测理论的建立与验证[J];机械设计;2003年12期

9 石洋;唐玲;;疲劳寿命预测方法[J];科技创新导报;2009年12期

10 李向伟;王剑;黄永生;兆文忠;于连友;;货车焊接结构疲劳寿命预测系统开发与关键技术[J];中国机械工程;2010年09期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 吕胜利;姚磊江;童小燕;;复合材料修补结构的疲劳寿命预测方法[A];第十二届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2004年

2 李小影;石凯;周建宏;卢雪峰;;连续管疲劳寿命预测研究现状[A];陕西省焊接学术会议论文集[C];2008年

3 兆文忠;;基于虚拟样机技术的高速动车组疲劳寿命预测与控制[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

4 谢素明;周晓坤;李向伟;李晓峰;;基于美国ASME标准的重载货车车体焊缝疲劳寿命预测[A];中国计算力学大会'2010（CCCM2010）暨第八届南方计算力学学术会议（SCCM8）论文集[C];2010年

5 龙老虎;张邦强;;疲劳寿命预测方法概述[A];中国动力工程学会透平专业委员会2013年学术研讨会论文集[C];2013年

6 戚东涛;程光旭;魏生桂;;纤维缠绕复合材料管道双轴疲劳寿命预测研究[A];第六届全国压力容器学术会议压力容器先进技术精选集[C];2005年

7 张行;崔德渝;;变幅加载疲劳问题损伤力学分析方法[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年

8 赵欣欣;王正道;;PI无机杂化薄膜疲劳寿命预测模型[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年

9 郭平;林垲;杨昌军;;基于场强法的疲劳寿命预测[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年

10 龙老虎;张邦强;;疲劳寿命预测方法概述[A];中国动力工程学会透平专业委员会2013年学术研讨会——S01汽轮机论文集[C];2013年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王旭亮;不确定性疲劳寿命预测方法研究[D];南京航空航天大学;2009年

2 朱顺鹏;高温复杂结构的混合概率故障物理建模与疲劳寿命预测[D];电子科技大学;2012年

3 雷冬;疲劳寿命预测若干方法的研究[D];中国科学技术大学;2006年

4 张国庆;零件剩余疲劳寿命预测方法与产品可再制造性评估研究[D];上海交通大学;2007年

5 周泽;基于真实路谱重现的虚拟台架及汽车疲劳寿命预测研究[D];湖南大学;2013年

6 王潍;42CrMo钢疲劳短裂纹演化行为及疲劳寿命预测的研究[D];山东大学;2008年

7 甘露萍;航空发动机关键转动部件疲劳寿命预测与可靠性分析方法[D];电子科技大学;2014年

8 李晓峰;基于虚拟疲劳试验的铁路车辆焊接结构疲劳寿命预测[D];大连交通大学;2008年

9 阳光武;机车车辆零部件的疲劳寿命预测仿真[D];西南交通大学;2005年

10 张庆;铝合金蠕变—疲劳耦合特性研究及其在柴油机活塞寿命预测中的应用[D];北京理工大学;2015年

  本文关键词：某航空发动机涡轮盘疲劳可靠性寿命预测，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：240408