涡轮盘偏心孔概率损伤容限风险评定程序研究

发布时间：2017-08-08 00:01

  本文关键词：涡轮盘偏心孔概率损伤容限风险评定程序研究

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【摘要】：为了保证航空发动机的结构完整性,中国民用航空局发布的CCAR33部对发动机限寿件进行了规定,要求发动机型号合格证申请人在表明航空发动机限寿件的适航符合性时对限寿件进行损伤容限评估。涡轮盘属于典型的航空发动机限寿件,适航审定时需要对其进行损伤容限评估。目前国内尚且缺乏完善的适用于限寿件损伤容限评估的方法和工具,本文结合相关适航文件建立损伤容限评估流程,开发了针对涡轮盘偏心孔部位的概率损伤容限风险评定程序,并使用该程序进行了涡轮盘设计参数对涡轮盘偏心孔部位失效风险的影响分析。本文的主要研究内容为:(1)分析了涡轮盘损伤容限评定的适航要求。基于联邦航空条例(FAR),对FAR中的航空发动机限寿件损伤容限相关条款(FAR33.70(a)条款)进行技术解析,然后结合相关咨询通告(AC 33.70-1、AC 33.70-2),建立航空发动机限寿件的损伤容限评估流程,并分析了针对涡轮盘的概率损伤容限评估内容。(2)开发了适用于涡轮盘偏心孔部位的概率损伤容限评定程序,为涡轮盘损伤容限的适航符合性评估提供了验证工具。该评定程序基于断裂力学的原理开发,涡轮盘受到的低循环疲劳应力通过ANSYS软件完成计算,在MATLAB平台采用蒙特卡洛方法处理涡轮盘的缺陷数据和无损检验数据,完成涡轮盘偏心孔处低循环疲劳过程的模拟计算,然后在程序中加入使用中检验的功能,使其适用于涡轮盘持续适航性的评估。结合案例进行了涡轮盘孔部位概率损伤容限的适航符合性评估,表明了该程序的有效性。(3)基于开发的评定程序,对涡轮盘偏心孔部位的失效风险进行了设计参数的影响分析,得到了涡轮盘偏心孔部位失效风险与涡轮盘设计参数间的关系。结合案例对涡轮盘的寿命限制值、应力、偏心孔数与检验策略这些设计参数进行调整,分析了不同设计参数条件下的涡轮盘偏心孔部位失效风险变化情况,该关系可以为改进涡轮盘设计提供参考。
【关键词】：航空发动机 限寿件 涡轮盘 适航审定 损伤容限
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V232
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 本文的主要工作15-18
• 第二章 涡轮盘概率损伤容限风险评定适航要求分析18-29
• 2.1 对FAR 33.70（a）条款的解读18-20
• 2.1.1 FAR 33.70条（a）款内容18
• 2.1.2 条款修订历史与修订背景18-19
• 2.1.3 FAR 33.70（a）条款的技术解析19-20
• 2.2 对AC 33.70-1 中限寿件损伤容限评定要求的解读20-23
• 2.2.1 对AC 33.70-1 中工程计划制定指南的解读20-22
• 2.2.2 对AC 33.70-1 中损伤容限评定指南的解读22-23
• 2.3 AC 33.70-2 对轮盘表面损伤容限评定指导的解读23-27
• 2.3.1 AC 33.70-2 对表面损伤容限评定方法的概述23-25
• 2.3.2 AC 33.70-2 提供的轮盘偏心孔部位评定流程解读25-27
• 2.4 损伤容限评估内容的确定27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 涡轮盘偏心孔概率损伤容限评估程序开发29-50
• 3.1 涡轮盘偏心孔概率损伤容限评估程序框架设计30-32
• 3.1.1 涡轮盘偏心孔概率损伤容限评估程序框架30-31
• 3.1.2 涡轮盘偏心孔概率损伤容限评估程序开发难点31-32
• 3.2 涡轮盘偏心孔初始缺陷数据的处理32-36
• 3.2.1 涡轮盘偏心孔初始缺陷数据的转化32-34
• 3.2.2 初始缺陷数据的蒙特卡洛抽样34-36
• 3.3 裂纹应力强度因子的计算36-42
• 3.3.1 基于ANSYS的有限元应力求解36-37
• 3.3.2 涡轮盘偏心孔部位断裂模型的简化37-39
• 3.3.3 裂纹应力强度因子的求解39-42
• 3.4 裂纹扩展计算与断裂判定42-44
• 3.4.1 裂纹扩展计算方法42-44
• 3.4.2 涡轮盘断裂的判定与统计44
• 3.5 涡轮盘无损检验的处理44-46
• 3.5.1 检验时间的处理45
• 3.5.2 无损检验的检测概率45-46
• 3.5.3 检测数据抽样与检测统计46
• 3.6 涡轮盘偏心孔概率损伤容限评估的程序实现46-47
• 3.7 概率损伤容限评定程序校准47-48
• 3.8 本章小结48-50
• 第四章 涡轮盘设计参数对偏心孔失效风险的影响分析50-62
• 4.1 涡轮盘寿命限制值对偏心孔失效风险的影响分析50-52
• 4.1.1 涡轮盘寿命的确定与调整50
• 4.1.2 抽样样本的寿命分布50-51
• 4.1.3 涡轮盘随寿命变化的失效风险特性51-52
• 4.2 涡轮盘应力对偏心孔失效风险的影响分析52-54
• 4.2.1 应力对裂纹扩展与判定的影响52-53
• 4.2.2 应力对失效风险的影响53-54
• 4.3 偏心孔数量变化对其失效风险的影响分析54-55
• 4.4 不同检验策略对偏心孔失效风险的影响分析55-61
• 4.4.1 使用中检验策略选择55-57
• 4.4.2 定时检验对失效风险的影响57
• 4.4.3 定时检验与机会检验的风险特性对比57-59
• 4.4.4 软时限与机会检验策略的区别59-60
• 4.4.5 设置软时限的风险特性分析60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 总结62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 附录A68-73
• 附录B73-75
• 附录C75-76
• 作者简介76

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本文编号：637295