轮盘强度和寿命预测的研究

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsCollegeofEngineandPowerEngineeringResearchonStrengthandLifePredictionofTurbineDiskAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyLiuHuaxiangAdvisedbyProf.SongYingdongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfort

2、heDegreeofMasterofEngineeringDec,2012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学位论文摘

3、要低成本涡轮发动机结构设计具有区别于常规航空燃气涡轮发动机的设计要求。研究国外这类发动机涡轮盘的强度储备和疲劳寿命特点，对我国研究制定低成本发动机的结构设计准则具有重要借鉴意义。论文针对这一问题进行了研究。主要工作和结论如下：（1）开展了典型盘用合金材料GH742和TC11合金常温、高温下的拉伸试验，测试获得了相应的拉伸真应力—真应变曲线，建立了描述两种材料的拉伸变形曲线的本构模型。结果表明：非线性各向同性硬化模型可较好的描述TC11合金的拉伸变形行为，对GH742合金采用多线性各向同性硬化模型更好。（2）提出了确定缺口试

4、样承载能力和轮盘破裂转速的塑性失稳准则，以及基于大变形有限元分析的极限承载能力和破裂转速预测方法。通过开展TC11、GH742两种合金的缺口拉伸试验和模拟盘超转破裂试验，验证了所提方法的有效性。（3）对通用斜率方程及修正通用斜率方程与我国航空发动机常用合金材料的应变疲劳寿命曲线的相关能力进行了研究和分析。研究结果表明：修正的通用斜率方程可以较好的描述400℃~500℃下的变形高温合金的应变疲劳寿命曲线，对700℃~900℃下的铸造高温合金的疲劳寿命曲线，两种方程的描述能力均很差；对于钛合金，修正通用斜率方程的描述能力好于通

5、用斜率方程。（4）采用上述破裂转速预测方法和局部应力应变法对某低成本发动机涡轮盘的强度储备和低循环疲劳寿命进行了计算分析。研究结果表明：该发动机涡轮盘具有较高的破裂转速储备，同时具备一定的低循环疲劳寿命储备。关键词：涡轮盘，破裂转速，低循环疲劳，塑性失稳，有限元分析，通用斜率方程I轮盘强度与寿命预测研究ABSTRACTThestructuraldesignoflow-costturbineenginehasdistinguishedfromconventionalaircraftturbineengine.Inordert

6、oprovideareferenceforthedesignoflow-costturbineengineinourcountry,thestrengthreserveandfatiguelifeofturbinediskwereresearchedinthispaper,themainworkandconclusionswereasfollows:(1)UniaxialtensileexperimentsofthesmoothroundbarofGH742andTC11alloywerecarriedindifferen

7、ttemperature;tensiletruestress-straincurvewasobtained.ThetensileconstitutivemodeloftheGH742andTC11alloywerefoundedbasedonthemulti-linearisotropichardeningmodelandnon-linearisotropichardeningmodel.Theresultsshowthat:Thenon-linearisotropichardeningmodelcanbeusedtode

8、scribetheuniaxialtensiledeformationbehavioroftheTC11alloybutnotGH742,thus,themulti-linearisotropichardeningmodelisappropriateforGH742.(2)Baseonthefeatur