前缘半径对钛合金叶片抗外物损伤能力影响的数值分析

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1、第42卷第2期2016年4月航空发动机AeroengineVol-42No．2Apr．2016前缘半径对钛合金叶片抗外物损伤能力影响的数值分析孙护国-，李永建2，叶斌1(1．海军航空工程学院青岛校区，山东青岛260041；2．中航工业航空动力机械研究所，湖南株洲412002)摘要：为分析航空发动机压气机叶片前缘半径的选取对其抗外物损伤(FOD)自L力的影响，对TC4合金制成的转子叶片的外物损伤过程进行了数值模拟研究。结果表明：增大叶片前缘半径可以提高叶片抗外物损伤的能力，不同撞击速度或撞击角度下前缘半径对抗FOD的

2、影响程度不同。叶片前缘半径对残余应力大小和分布范围大小的影响较大，对残余应力分布的趋势影响不大。关键词：外物损伤；数值模拟；叶片前缘；损伤尺寸；残余应力；航空发动机中图分类号：V232．4文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2016．02．001NumericalAnalysisofEffectsofLeadingEdgeRadiusonResistancetoForeignObjectDamageCapabilityofTitaniumAlloyBladeSUNHu—guo

3、’．LIYong-jian2，YEBinl(1．NavyAeronauticalEngineeringAcademyQingdaoBranch，QingdaoShandong266041，China；2．AVICChinaAviationPowerplantResearchInstitute，ZhuzhouHunan412002，China)Abstract：Inordertoanalysistheeffectsoftheselectionofbladeleadingedgeradiusonresistanceto

4、ForeignObjectDamage(FOD)inaeroengine，numericalsimulationsofFODprocessforTC4alloybladewereconducted．TheresultsshowtheaugmentationofradiumcanincreasetheFODresistance，theeffectsvarywithdifferentstrikingvelocitiesandangles．Theleadingedgeradiumhasstrongeffectsonres

5、idualstressvalueanddistributionrang，andminor-impactonthedistributiontrends．Keywords：ForeignObjectDamage；numericalsimulation；bladeleadingedge；sizeofdamage；residualstress；aeroengine0引言航空发动机在近地面使用时，经常会遭受沙粒、石块等硬物的冲击而使叶片损伤，称作“外物损伤”(ForeignObjectDamage，简称FOD)⋯。外物冲击会

6、造成微观缺陷和残余应力等，外物损伤不能简单地看作普通缺口口I。由于损伤缺口附近的残余应力i贝0量困难，为了更准确地研究残余应力x,-J-nf片疲劳性能的影响，国内外学者普遍采用数值模拟的方法进行研究M，利用空气炮模拟外物损伤进行验证并观察叶片微观特征I纠21。的能力，本文采用Ls—DYNA软件对带有不同前缘半径的模拟叶片进行数值仿真计算分析，研究前缘半径对叶片抗外物损伤冲击能力的影响。1叶片材料及本构模型1．1叶片材料及尺寸选择不同前缘半径R(分别为0．2、0．4、0．6mm)来研究前缘形状的影响，叶片模型如图1所

7、示。目前航空发动机转子叶片常真实叶片前缘半径可能会影,IN口I-片抗外物损伤：用TC4合金制成，外物是图1不同前缘半径删叶片收稿日期：2015—10—07作者简介：孙护国(1966)．男，博士，教授，研究方向为航空宇航推进理论与工程及直升机动力装置；E-mail：sunhg_qh@sinarom。弓＼甩格式：孙护国．李永建，叶斌．前缘半径对钛合金叶片杭外物损伤能力影响的数值分gilj]．航空发动机，2016，42(2)：l一6，St]NHuguo．LIYongfian．YEBin．Numericalanalysis

8、ofeffectsofleadingedgeradiusonresistant·etoForeignObjectDamageeapabilit)，oftitaniumalloyblade[J]．Aeroengine．2016．42f2)：1-6．肛一T．1lijl』一口胁翰h斟H～2航空发动机第42卷直径为3mm的钢珠，2种材料部分参数见表1113-14]。