基于逆向建模的某型压气机叶片疲劳寿命分析

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1、密级：非密中图分类号：TH113;V231硕士学位论文基于逆向建模的某型压气机叶片疲劳寿命分析研究生：刘贵文导师：杨书仪教授专业类别：工程硕士专业领域：机械工程2018年5月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterAnalysisofFatigueLifeofaCertainCompressorBladeBasedonInverseModelingCandidate：LiuGuiwenSupervisorandRank：YangShuyiProfessor基于逆向建

2、模的某型压气机叶片疲劳寿命分析学位类型专业学位作者姓名刘贵文作者学号15020301025学科（专业学位类别)工程硕士（机械工程）研究方向（专业领域)机电系统动力学与控制导师姓名及职称杨书仪教授实践导师姓名及职称李文高级工程师所在学院机电工程学院论文提交日期2018年5月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文

3、中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要航空发动机在飞机上占有举足轻重的位置，有飞机心脏之称。而

4、在航空发动机中，压气机设计的优劣又直接决定了航空发动机性能的好坏。压气机在工作运行中受到高流速的空气载荷、高转速下的离心载荷以及外物撞击等，使叶片不断产生疲劳、损伤直至断裂破坏，引起飞行安全事故。因此，开展压气机叶片疲劳寿命及裂纹扩展分析具有重要意义。本文通过对某型压气机叶片进行逆向建模，进行计及空气载荷的叶片应力分析，开展叶片疲劳寿命计算，探讨运行工况、表面加工质量、裂纹扩展等对叶片疲劳寿命的影响。所做的工作如下：（1）以航空发动机转子叶片为研究对象，运用Handyscan3D扫描仪对压气机转子

5、叶片进行扫描，形成叶片点云数据；通过GeomagicStudio软件对叶片点云数据进行去噪、删除孤点等处理，导入UG建立叶片三维几何模型；基于ANSYSWorkbench-CFX软件模块，建立叶片有限元模型，开展叶片表面空气载荷计算；将叶片表面空气载荷与离心载荷相结合，开展叶片应力分布分析，为后续叶片疲劳寿命分析提供模型基础。（2）基于Miner理论，建立由起飞、最大连续、巡航、慢车等组成的航空发动机工况运行载荷谱，生成材料的S-N曲线，基于ANSYSWorkbench环境下的nCodeDesig

6、nLife软件模块，开展叶片疲劳寿命计算；调整各运行工况比例，探讨载荷分布变化对叶片疲劳寿命的影响，可为航空发动机叶片在不同时间比例工况下的疲劳状态提供依据。（3）基于nCodeDesignLife软件，开展在不同粗糙度下的叶片疲劳寿命计算；开展带裂纹叶片在叶片表面空气载荷和离心载荷作用下的应力分析，获得叶片裂纹处最大应力值；基于Paris公式，进行叶片裂纹扩展寿命预测；改变初始裂纹长度及叶片材料断裂韧性，分析叶片裂纹扩展寿命变化，为叶片材料选型及加工工艺制定提供理论参考依据。关键词：压气机叶片；

7、逆向建模；疲劳寿命；表面加工质量；裂纹扩展iAbstractTheaeroengineoccupiesadecisivepositionintheaircraft,whichisknownastheheartoftheaircraft.However,inaeroengines,thedesignofcompressorsdirectlydeterminestheperformanceofaeroengines.Compressorsaresubjectedtohigh-velocityairlo

8、ads,centrifugalloadsathighrotationalspeeds,andforeignobjectimpactduringoperation.Asaresult,thebladesareconstantlyfatigued,damaged,andruptured,causingflightsafetyaccidents.Therefore,itisofgreatsignificancetoanalyzethefatiguelifeandcrackpropagat