涡轮盘疲劳可靠性设计方法

【作者】 高阳； 杨昌军； 白广忱； 林垲；

【机构】 贵州航空发动机研究所； 北京航空航天大学能源与动力工程学院；

【摘要】 本文着重介绍了一种航空发动机涡轮盘的可靠性设计方法。随着现代航空发动机对结构可靠性要求的提高,发动机典型结构可靠性设计分析方法已经成为高推重比发动机研制的关键技术。涡轮盘作为发动机关键部件,在高温、高转速的条件下工作,其低循环疲劳寿命受到结构几何尺寸、温度、转速、材料性能等众多随机因素的影响。现有涡轮盘疲劳可靠性分析方法重点考虑了材料循环应变-寿命关系的分散性,而大量试验和相关研究证明材料循环应力-应变曲线同样具有明显的分散性,其分散性对结构低循环疲劳寿命预测具有较大影响。本文建立了循环应力-应变概率模型,并在现有试验数据基础上得到了涡轮盘材料GH4133在不同温度下的循环应力-应变概率模型;进一步提出了涡轮盘低循环疲劳可靠性设计方法,并通过了算例验证。在ANSYS平台下,利用APDL语言进行涡轮盘三维参数化建模;考虑载荷、材料循环应力-应变关系、循环应变-寿命关系和几何参数的随机性,由灵敏度分析确定涡轮盘结构概率分析中的关键几何参数;通过涡轮盘结构低循环疲劳寿命可靠性分析判断是否满足可靠性设计要求,通过对关键几何参数进行反复的改进设计,最终获得满足可靠性指标的涡轮盘结构设计方案。更多还原