动力涡轮叶片断裂转速分析方法研究

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1、中图分类号：V231.95论文编号：102870218-S058学科分类号：082502硕士学位论文动力涡轮叶片断裂转速分析方法研究研究生姓名孙力学科、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宋迎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NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonAnalysisMethodforBladeFractureSpeedofPowerTurbin

2、eAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbySunLiAdvisedbyProf.SongYingdongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophy(MasterofEngineering)Jan,2018承诺书本人声明所呈交的博/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

3、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学位论文摘要针对航空发动机动力涡轮叶片断裂转速计算方法问题，选取典型发动机涡轮叶片材料K438和K424，进行了光滑圆棒试样与缺口试样的准静态拉伸试验，并使用扫描电子显微镜对试样断口进行观察，分析了材料的失效形式。针对K424材料，基于光滑试样拉伸响应曲线拟合材料的本构模型，基于缺口试样拉伸响应曲线进行优化，并使用大变形有限元分析方

4、法预测了K424缺口试样的拉伸响应曲线。结果显示优化后的本构模型可以较准确地预测缺口试样的拉伸响应曲线。进一步建立了基于塑性应变的连续损伤力学模型，确定了相应的模型参数，并使用连续损伤模型预测了缺口试样的拉伸响应曲线。结果显示连续损伤力学模型可以较准确地预测缺口试样的断裂应变。设计了叶片模拟件，并进行了拉伸试验，获得了叶片模拟件的拉伸极限载荷。使用传统大变形有限元分析方法和基于连续损伤力学模型的大变形有限元计算方法，分别对叶片模拟件进行有限元预测。结果显示传统大变形有限元方法和连续损伤力学模型均可以较好地预测叶片拉伸模拟件的极限拉伸强度，而连续损伤力学模型可以进一步估计叶片

5、拉伸模拟件的断裂失效模式。关键词：叶片断裂转速，缺口，断口，本构模型，优化，大变形有限元，连续损伤力学I动力涡轮叶片断裂转速分析方法研究ABSTRACTInviewofcalculationmethodofaero-enginepowerturbinebladefracturespeed,thequasi-statictensiletestsofsmoothroundbarspecimensandnotchedspecimenswerecarriedoutwiththetypicalmaterialsofaero-engineturbine—K438andK424—sele

6、cted.ThespecimenfractureswereobservedbySEMtoanalyzethefailuremode.TheconstitutivemodelofK424wasfittedbasedonthetensileresponsecurveofsmoothspecimenandwasoptimizedbasedonthetensileresponseofnotchedspecimen.ThetensileresponsecurvesofK424notchedspecimenswerepredictedbylargedeformationfiniteel

7、ementanalysismethod.Theresultsshowthatthenotchedtensileresponsecurvescanbewellpredictedbytheoptimizedconstitutivemodel.Acontinuumdamagemechanicsmodelbasedonplasticstrainwasestablished.Thecorrespondingmodelparametersweredeterminedandwereusedtopredictthetensiler