旋转离心应力对叶片鸟撞响应的影响

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1、第44卷第6期2014年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．44No．6NOV．2014旋转离心应力对叶片鸟撞响应的影响慕琴琴，黄文超，燕群，张积亭(中国飞机强度研究所航空发动机强度研究室，陕西西安710065)摘要：为避免航空发动机叶片在高速旋转工作状态时经常会发生外物损伤造成的严重事故，基于冲击动力学理论。建立了离心预应力作用下叶片外物撞击的非线性动力学模型，利用碰撞动力分析软件PAM．CRASH及其丰富的材料本构模型数据库，建立了旋转叶片受鸟体撞

2、击的有限元分析模型，并在其环境下通过隐式静力求解来进行旋转状态下叶片的预应力分析，对不同离心载荷下叶片鸟撞击进行数值模拟比较。结果表明，离心应力对叶片的瞬态响应及损伤特征有较大的影响，并获得了不同离心预载作用下外物损伤的一些规律。关键词：离心应力；旋转叶片；鸟撞响应；Pamcrash中图分类号：0242．20文献标识码：A文章编号：1671—654X(2014)06．0055．04EffectsofCentrifugalStressonBirdStrikingResponseofBladesMUQin

3、—qin，HUANGWen—chao，YANQua，ZHANGJi-ting(AircraftStrengthResearchInstituteofChina，AVIC，艇7art710065，China)Abstract：Foreignobjectdamage(FOD)oftenoccurswhileenginebladesareworkingathighrotatingspeed，whichwillleadtofailureanddamage．Incurrentstudy，anonlineardy

4、namicmodelwasestablishedwithcentrifugalstressbasedonimpactdynamictheories．AnotherfiniteelementmodelofbirdstrikingonrotatingbladesWasestablishedwithPAM·-CRASHanditsabundantmaterialconstitutiveequationdata--base，thenanalysisofprestressonrotatingbladeswasc

5、arriedoutwithimplicitstaticsovler．Furthermore，impactonthebladesunderdifferentcentrifugalloadingwassimulatedandcompared．Theresultssuggestthateithercentrifugalstressitselforitsmagnitudewillaffecttheimpactdamageandthedynamicrespon—sesofblades．Keywords：cent

6、rifugalstress；rotatingblade；birdstrikingresponse；Pamcrash引言航空发动机在工作时，常常有飞鸟、砂粒等外来物随高速气流吸入，鸟撞发动机叶片后其变形会造成发动机推力的下降，叶片的断裂可能会引发其他叶片的断裂。一旦发生断裂的叶片飞出并穿透机匣，很可能会造成控制系统的损坏。此外，叶片的断裂还可能造成发动机叶轮盘受到很大的非平衡力作用，使叶盘或轴断裂，这些严重的后果将直接影响到飞行安全，也带来了巨大的经济损失，甚至威胁到乘员的生命安全⋯。鸟撞飞行器事故已被

7、国际航空联合会列为A类飞行空难心J，鸟撞试验和分析研究受到世界航空发达国家的普遍重视。但这些研究主要是针对飞机风挡、静止的发动机转子叶片等，而关于旋转状态下叶片鸟撞方面的研究较少。由于叶片高速旋转时产生强大的气流，更容易吸人飞鸟造成撞击损伤，因此，进行发动机旋转叶片的鸟撞分析具有十分重要的意义。又由于发动机叶片在工作时是高速旋转的，叶片的高速旋转会使叶片因自身质量的离心力引起较大的拉伸应力以及在离心力场下使叶片恢复扭转产生的扭转应力，此时遭受外物撞击，则叶片上因旋转运动产生的离心应力将对该撞击损伤过程

8、可能会产生影响。本文基于碰撞冲击仿真软件Pamcrash提供的SPH方法对大变形软体撞击问题精确的模拟能力和软件丰富的材料本构模型库，建立了鸟撞发动机旋转叶片全尺寸数值计算模型，对旋转叶片进行了鸟撞动态响应分析，研究了不同离心载荷作用对叶片鸟撞响应的影响。1旋转叶片鸟撞的有限元分析模型1．1非线性动力学方程根据拉格朗日运动方程，结构预应力作用下叶片收稿日期：2014—10—17修订日期：2014—10—18基金项目：国防科学基金项目资助(2012CB72