渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)葉片裂紋萌生及擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)研究

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1、鑛＾乂參ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中國(guó)第一所現(xiàn)代大學(xué)？ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５■（斬Ｖ：巧一．－ｒ．＿’＇號(hào)■．畔氣１啤參．聰＇氏＇．－－．－＂ｉｒ■＂確論ｒ：－＇＇－‘二ｇ］ｉｂｉ廣ｊｊｐ。．．．馨博±學(xué)位論文—級(jí)學(xué)科動(dòng)力工程及工程熱物理；學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程作者姓名：查Ｍ．張俊紅教授指導(dǎo)教師：＇■＇？＇Ｖ．，１醉三＇，１，天津大學(xué)研究生院２０１５年６月－１．１．’＊■．．．，．．＿獨(dú)創(chuàng)性聲明

2、本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的，研究成果除了文中特別加標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證一書(shū)而使用過(guò)的材料。與我同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：；名受簽字曰期：口年月曰［句２■／少ｔ巧學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可將學(xué)位論義的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)講行檢、索，并采用影印縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編供

3、查閣和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：巧／作ｙ月曰簽字日期；年尸月２＾日叫天津大學(xué)博士學(xué)位論文渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)葉片裂紋萌生及擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)研究ResearchonCrackInitiationandPropagationLifePredictionofTurbofanEngineHighPressureCompressorBlade一級(jí)學(xué)科：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程作者姓名：楊碩指導(dǎo)教師：張俊紅教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一五年六

4、月中文摘要高壓壓氣機(jī)葉片是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)件，其可靠性直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能和飛行安全。在發(fā)動(dòng)機(jī)服役期間，疲勞斷裂是高壓壓氣機(jī)葉片的主要失效形式，裂紋在交變載荷作用下逐步萌生并擴(kuò)展。若葉片在工作過(guò)程中發(fā)生疲勞斷裂，除了影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能外，高速脫離的碎片將對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)及機(jī)匣造成嚴(yán)重的二次損傷，研究高壓壓氣機(jī)葉片的疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展問(wèn)題對(duì)提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性有著重要意義。葉片壽命評(píng)估貫穿于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造、使用以及維修整個(gè)全壽命周期，因此，考慮航空發(fā)動(dòng)機(jī)工況復(fù)雜多變的特點(diǎn)，建立準(zhǔn)確的高壓壓氣機(jī)葉片疲勞壽命預(yù)測(cè)模型具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。Ti–6Al–4V鈦合金以其優(yōu)異的中

5、高溫力學(xué)性能成為高壓壓氣機(jī)葉片的主要制造材料，本文采取葉片材料疲勞試驗(yàn)和模擬仿真相結(jié)合的方式，對(duì)高壓壓氣機(jī)葉片裂紋萌生及擴(kuò)展壽命進(jìn)行研究預(yù)測(cè)，主要內(nèi)容包括：進(jìn)行Ti–6Al–4V鈦合金葉片模擬試件振動(dòng)疲勞試驗(yàn)，包括恒幅加載、變幅加載和裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，分析變幅載荷應(yīng)力差、循環(huán)比等參數(shù)變化對(duì)變幅加載下葉片疲勞壽命的影響。研究葉片的裂紋萌生及擴(kuò)展規(guī)律，利用超景深顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀測(cè)疲勞斷口微觀特征，進(jìn)一步探討應(yīng)力比、過(guò)載、高低周復(fù)合加載等變幅加載因素對(duì)葉片裂紋擴(kuò)展速率的影響?；贖addad小裂紋理論，結(jié)合Chaboche損傷累積模型和Walker裂紋擴(kuò)展模型，考慮壓氣機(jī)葉片載荷

6、譜包含多應(yīng)力比、過(guò)載、變幅加載等特性，建立一個(gè)既可預(yù)測(cè)裂紋萌生壽命、又可預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展壽命的綜合壽命模型。葉片振動(dòng)特性分析可以為損傷識(shí)別提供幫助，而損傷程度是裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)的主要依據(jù)。建立裂紋葉片幾何模型和有限元模型，分析裂紋參數(shù)（裂紋長(zhǎng)度、裂紋位置）變化對(duì)葉片振動(dòng)特性的影響規(guī)律，探討裂紋參數(shù)變化引起的葉片頻率轉(zhuǎn)向和振型轉(zhuǎn)換等耦合振動(dòng)問(wèn)題；基于裂紋葉片振動(dòng)特性分析結(jié)果和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，對(duì)葉片裂紋參數(shù)識(shí)別進(jìn)行研究。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的典型工況，將航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)簡(jiǎn)化為5種典型工作循環(huán)，并編制轉(zhuǎn)速譜。綜合考慮低周離心載荷、穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)載荷和高周振動(dòng)載荷的高低周復(fù)合加載，進(jìn)行高壓

7、壓氣機(jī)葉片應(yīng)力分析，計(jì)算葉片危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力歷程，分別對(duì)無(wú)損葉片及缺口葉片進(jìn)行全壽命和裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)。關(guān)鍵詞：渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)；高壓壓氣機(jī)葉片；裂紋萌生；裂紋擴(kuò)展；壽命預(yù)測(cè)ABSTRACTHighpressurecompressorbladesarethecorecomponentofturbofanengine.Itsfatiguereliabilityhasagreatinfluenceonengineperformanceandflightsafety.Fatiguefractureisthe