航空发动机转子碎片冲击破损失效特征研究

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1、硕士学位论文航空发动机转子碎片冲击破损失效特征研究研究生姓名：宋健导师姓名：王伟副教授2015年6月10日分类号：V235密级：公开UDC：629学号：1312077中国民航大学硕士学位论文航空发动机转子碎片冲击破损失效特征研究研究生姓名：宋健导师姓名：王伟申请学位类别：工程硕士学科专业名称：航空工程所在院系：中欧航空工程师学院论文答辩日期：2015年6月7日2015年6月10日ResearchofrotorfragmentimpactfailurecharacteristicsofaircraftengineADissertati

2、onSubmittedtoCivilAviationUniversityofChinaFortheAcademicDegreeofMasterofScienceBYSONGJianSupervisedbyProf.WANGWeiSino-EuropeanInstituteofAviationEngineeringCivilAviationUniversityofChinaJune2015中国民航大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是齡人巧利巾巧护ｆ迎机内研化Ｉ；錶節的研化成化？皆化所知．，除了文中特别加，ｌ［＾标注

3、和致谢眺方外，，１论义，，｜不佔巧化他人ＬｆＷ知化桃汹的研胤化巧也不包含为觀种邮航大学獻：Ｉ．它齡刪齡位则、诚＂侧銭Ｉ脂Ｗ。ＭＩ：賴Ｉ化对本研巧所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说刚井巧＇／ｊ；刚总。丫研巧生签名：采漆日朋；？．中国民航大学学位论文使用授权声明中国民航大学－、中国科学技术信息研巧所；国家圈书化刊权保间本人所化父巧化论文的技印件和电子文档，可Ｗ采用影印、缩印或其他复制手段保存论文？本人屯子义削向内巧和麵论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被査阅和借阅，可公布（包巧

4、化巧）论文的企部或部分内容？论文的公布（包括刊登）授权中国民航乂学硏究化部如现。研巧生签名；弟车导师签名：＿日期．＿＾＾；ｗｉ、（Ｕ中国民航大学硕士学位论文摘要由于航空发动机机匣的包容能力逐步提高，发动机非包容性转子事故得到了有效的控制。为了降低发动机转子碎片对发动机内部结构的危害，在考虑了转子碎片特征的基础上，通过数值模拟分析研究转子涡轮导向叶片受碎片冲击后的失效破损特征。为了合理地分析涡轮转子碎片对涡轮结构的危害，本文首先分析了现代航空发动机转子碎片类型并且根据不同转子叶片的工作条件分析了转子叶片断裂失效的原因明确了

5、转子碎片的来源。在此基础之上，通过参考相关针对航空发动机转子失效的国内外研究，明确了燃气涡轮转子碎片的形状特征。在分析转子碎片的冲击影响时，考虑转子碎片冲击损伤可能存在的影响因素，例如导向叶片的角度和转子碎片的倾斜角度。通过对转子碎片冲击问题的方法研究，确定采用数值模拟的方法，明确了材料本构模型是冲击问题的关键内容，通过比较冲击侵彻领域较为常用的两种本构模型，合理地选择了Johnson-Cook模型。由于涡轮导向叶片材料（镍基高温合金）参数没有公开的研究数据，本文采用了TC4钛合金代替镍基高温合金。利用ANSYS/LS-DYNA对碎

6、片倾斜角分别为0度和45度的冲击方式进行了多次不同碎片线速度和发动机推力条件的仿真。并且对仿真结果进行了分析，得出了正冲击碎片危害基本低于斜冲击碎片；在正冲击条件下，转子碎片发生二次碰撞，第二次碰撞导致涡轮导向叶片破损；在正冲击条件下，导向叶片均被击穿；并对碰撞冲击后转子碎片动能变化进行了分析，预测了碰撞后转子碎片对涡轮结构的危害。在此基础之上，通过对不同导向叶片角度和转子碎片倾斜角的模拟，总结了导向叶片角的较小时转子碎片会出现滑动的现象，导向叶片损伤面积较小，导向叶片角度较大时，冲击损伤的面积增大；而转子碎片倾斜角较小时，叶片损伤

7、情况较为相似，但局部形变较大。转子碎片倾斜角度较大时，转子碎片可能冲击多个导向叶片造成叶片破损；转子碎片倾斜角度较小时，冲击损伤特征类似45度斜冲击情况。通过数值仿真的方法对转子碎片冲击损伤的研究为提高航空发动机安全性提供参考。关键词：转子碎片；涡轮导向叶片；冲击破损；ANSYS/LS-DYNAI中国民航大学硕士学位论文AbstractBecauseoftheimprovementofaero-enginecase,theprobabilityofuncontainedrotorfailurehasbeendecreasedeffe

8、ctively.Inordertoimprovethesafetyoftheturbineundertheconditionofcontainedrotorfailure,itsetsupreasonableanalysisofthe