高温环境下的微动疲劳寿命预测方法研究

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1、中图分类号：V232；V215.5论文编号：102870218-S055学科分类号：082502硕士学位论文高温环境下的微动疲劳寿命预测方法研究研究生姓名王楠学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向结构强度与完整性指导教师温卫东教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonPredictionMethodofFrettingF

2、atigueLifeatElevatedTemperatureAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyWangNanAdvisedbyProfessorWenWeidongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他

3、人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将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、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士毕业论文摘要微动导致地疲劳失效是航空领域的一个主要问题。它与普通疲劳相比，通常会导致结构部件的寿命显著降低。在航空发动机中，微动损伤的位置通常发生在压气机叶片及轮盘的榫头榫槽上。由于航空发动机压气机内部温度高达500℃，为了确保发动机的安全，

4、研究发动机钛合金叶片和轮盘在其工况温度下的微动疲劳行为是十分重要的。因此，本文开展了榫连接结构高温低周微动疲劳试验研究，建立榫连接结构在不同温度下低周微动疲劳寿命预测模型。主要的研究工作和研究结论如下：首先，针对航空涡扇发动机压气机叶片/轮盘连接结构，设计了一种燕尾榫结构高温微动疲劳试验加载装置。开展了TC11钛合金在200℃及500℃下的微动疲劳试验。提出通过动态应变及动态位移法相结合的方法实现对燕尾榫结构微动疲劳萌生寿命的监测。试验中发现微动疲劳裂纹均萌生在燕尾榫结构接触区域的下边缘,且接触表面存在大量的微动磨屑，属于典型的微动疲劳失效形式

5、。试验结果表明：温度环境对微动疲劳寿命的影响较为明显。随着试验温度的升高，试验件的微动疲劳寿命会逐渐减小。其次，基于Walker公式的思路，提出一种温度等效损伤参量。采用该损伤参量用以修正Farris寿命预测模型，建立了一种考虑温度影响的微动疲劳寿命预测模型。此外，对不同温度下榫连接结构进行有限元分析，拟合得到寿命模型材料参数并对该寿命预测模型进行相关性分析。分析结果表明三种温度等效损伤参量与不同温度下的微动疲劳寿命之间具有很好的关联性。最后应用温度等效损伤参量描述的寿命预测模型，预测了二型燕尾榫结构的微动疲劳寿命。并与试验寿命进行对比，可以得

6、出预测结果均在3倍误差带以内。最后，基于有限元软件ANSYS，分析微动疲劳主要影响因素：相对滑移幅值、接触压力、切向应力、VonMises等效应力及Ceq温度等效损伤参量在不同温度和摩擦系数下的变化情况及其对微动疲劳寿命的影响。结果表明：不同温度下燕尾榫结构的微动疲劳寿命均随着最大接触压力、相对滑移幅值及最大切向应力的增大而逐渐减少。燕尾榫结构的裂纹萌生位置并不会随着温度和摩擦系数的改变而改变，均发生在榫槽接触区域的下边缘。关键词：燕尾榫结构，微动疲劳，高温，温度等效损伤参量，影响因素I高温环境下的微动疲劳寿命预测方法研究ABSTRACTFat

7、iguefailurecausedbyfrettingisamajorprobleminthefieldofaviation.Comparedtonormalfatigue,ittypicallyresultsinasignificantreductioninthelifeofthestructuralcomponents.Inaeroengine,thelocationoffrettingdamageusuallyoccursonthedovetailofthecompressorbladeandthedisk.Sincetheinterna

8、ltemperatureoftheaero-enginecompressorisashighas500℃,itisveryimportanttostu