民航发动机高压压气机叶片多工况振动特性及疲劳研究

《民航发动机高压压气机叶片多工况振动特性及疲劳研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学博士学位论文民航发动机高压压气机叶片多工况振动特性及疲劳研究ResearchonMulti-PointVibrationCharacteristicsandFatigueofCivilAviationEngineHigh-PressureCompressorBlade学科专业：动力机械及工程作者姓名：寇海军指导教师：林建生教授天津大学机械工程学院2017年06月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成

2、果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：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天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月

3、日万方数据中文摘要高压压气机是典型的多力场耦合系统，高速旋转的叶片要承受离心、气动等载荷作用，复杂交变载荷作用下叶片易发生非定常振动，长时间服役于这种振动环境中，极易导致叶片疲劳失效。对于叶片这种非限寿件开展疲劳寿命预测及损伤评估应该贯穿于叶片设计、制造及维护维修整个生命周期。从民航发动机叶片维护维修的角度出发，基于在役叶片开展振动特性分析、准确的寿命、损伤预测及评估，可为叶片的维护维修及更换提供理论支撑与技术保障，避免潜在的飞行事故。同时一个合理有效的压气机叶片计算模型，是进行本文数值仿真研究的基础，也是得到可靠计算结果的前提。因此

4、，本文采取试验和仿真相结合的研究手段，综合开展了叶片数字化建模、多工况复杂载荷下的振动特性及疲劳损伤研究。基于实测的叶片翼型点云数据，进行数据去噪平滑、分块、特征边界提取及拟合；基于建立的叶片二维翼型点云数据分割及约束拟合算法，拟合构造由多段圆弧构成的叶片翼型截线，实现更准确叶片气动翼型特征提取；依据叶片气动翼型特征提出多型面截线及分段曲面联合拟合的叶片逆向建模方法，对压气机叶片进行数字化建模，获取了满足研究需求的叶片三维实体模型。确定仿真计算采用的数值方法及模型；对叶片结构及流场模型进行计算域离散处理，建立叶片结构有限元离散模型及叶

5、片流场仿真模型；分析叶片实际工况及受力特征，给定仿真计算工况，进行叶片仿真模型计算边界参数设定；进行叶片结构振动模态试验，结合叶片结构及流场仿真计算结果，验证建模有效性。基于数字化逆向建模方法，建立不同精度叶片计算模型，考虑多工况复杂载荷影响，探讨不同建模精度对叶片流场及振动特性仿真结果的影响；考虑气体与叶片的复杂耦合作用，建立压气机叶片流固耦合动力学求解模型，进行叶片振动响应计算获取叶片不同转速下的动态响应特性，后通过坎贝尔图分析确定叶片危险临界转速工况，计算获取并分析叶片在不同临界转速工况下动应力分布特性；结合叶片动应力分布研究，

6、开展实际叶片振动响应试验研究，给定叶片失效原因、确定叶片失效危险点及获取不同幅值激励下危险点处应变响应变化规律。结合压气机叶片钛合金材料试件疲劳试验，探讨S-N曲线和Chaboche模型应用特点及其对压气机叶片疲劳损伤计算的适用范围及计算精度，综合考虑压气机叶片的结构特征、材料特性及实际运行条件，建立压气机叶片疲劳损伤计算模型；依据给定的发动机典型工况转速，将完整工作循环简化为五种典型循环工况，结合压气机叶片应力分布计算结果，编制叶片危险点疲劳分析载荷谱；分析载荷谱中不同循环工况的加载参数特征，研究不同载荷因素（低于疲劳极限加载、载万

7、方数据荷顺序等）对叶片疲劳损伤发展过程的影响规律，在实际运转条件下对叶片的多级加载疲劳寿命及损伤行为进行预测研究。关键词：高压压气机叶片，流固耦合，数字化建模，多工况振动特性，疲劳损伤万方数据ABSTRACTHigh-pressurecompressorisatypicalsystemofmulti-forcefieldcoupling,wherethehigh-speedrotatingbladessufferacomplexloadofcentrifugalforce,aerodynamicforce,etc.Thecomplex

8、andalternatingloadscouldleadthebladestoabnormalvibrations,andthebladesexceedinglytendtofatiguefailurewhenworki