状态方程对叶片外物损伤数值模拟结果的影响

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1、第43卷第l期2013年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．43No．1Jan．2013状态方程对叶片外物损伤数值模拟结果的影响胡绪腾，张雪强，宋迎东(南京航空航天大学能源与动力学院机械结构力学与控制国家重点实验室，江苏南京210016)摘要：分别采用Bammann粘塑性本构模型和修正zerilli．A丌Ilstrong本构模型在Is．DYNA软件中对钢珠冲击TC4钛合金平板试件的冲击损伤过程进行了数值模拟。通过对修正zeriⅡi—A册stmng本构模型选择线性多项式状态方程和Gmneisen状态方程，研

2、究了状态方程在发动机叶片FOD数值模拟中的作用。通过对比分析钢珠在不同速度下冲击Tc4试件产生的弹坑外貌、尺寸以及残余应力分布，结果表明，是否使用状态方程来描述叶片材料在冲击载荷下的体积压缩或膨胀行为，对FOD数值模拟结果的影响很小。在发动机叶片的FOD数值模拟中，材料本构模型的选择和评估更为重要。关键词：发动机叶片；外物损伤；数值模拟；本构模型：状态方程中图分类号：v231．95文献标识码：A文章编号：1671．654x(2013)01．0021—04Ea’ectofEquationofStateonNumericalSimlllatiOnResll

3、ltsofouterObjectDamagetoAeroengineBlades．HUXu—teng，ZHANGXue—qiang，SONGYing—dong(c0Z姆e旷E聊聊，口蒯Po埘erEn鲥n卵ri增，Js施把研如60rofo可Q厂胁c^nn泌。蒯confr0Z矿胞砒nn如口Z＆兀肥￡Ⅱ船，Ⅳ0彬凡g‰i抛俺毋矿Aerom“￡扔。蒯As抛船眦洳，№彬ng210016，劬i船)Abstract：111eimpactdamageofsteelballtoTC4platewaSnumericalsi舢latedinLS．DYNAbasedonBam

4、mannviscoplasticconstitutivemodelandModifiedZeriUi—A珊stmngmodel．Formodi6edZe^Ui—A册．stmngmodel，linearpolynonlialequationofstateandG11lneisenequationofstatewereusedinnumericalsimulation．TheefkctofequationofstateonthenumericalsimulationresultofFODwasanalyzed．Throughcomp撕sonbetweent

5、henumericalsimulationresultbyusingdifkrentmaterialmodels，resuhshowsthattheefkctofequationofstateonthenumedcalsimulationresultofFODissmall．Themleofconstitutivemodelismoreimportantthanequation0fstateinFODnumericalsimulationofbladesofaemen画ne．Keywords：aeroengineblade；outerobjectdam

6、age；numericalsimulation；constitutivemodel；equationofstate引言外物损伤(ForeigIlObjectDamage，FOD)是航空发动机风扇／压气机叶片的一种常见故障。多数情况下，FOD不会导致叶片立即失效，但可能导致叶片有高循环疲劳失效的危险，给飞行安全带来了潜在威胁⋯。近年来国外研究表明心1：FOD损伤不能简单地当作一般缺口看待，冲击产生的残余应力对环疲劳性能有明显影响。为全面评估FOD对叶片高循环性能的影响，准确确定冲击残余应力的分布和大小具有重要意义。然而冲击损伤的几何尺寸一般较小，准确测量

7、FOD附近的残余应力较为困难旧J，冲击数值模拟是研究和表征冲击残余应力分布的一种有效方法，同时也是叶片抗外物损伤设计的重要工具和手段。准确模拟FOD损伤的关键是建立有效的材料动态本构模型。近年来，不少学者对叶片FOD损伤进行了数值模拟研究，但所采用的动态本构模型各不相同H出J。除简单率相关塑性本构模型外，还包括John．son-Cook(J．C)模型、修正zerilli．A珊stmng(z—A)模型、Bammann粘塑性模型等较为复杂的动态本构模型。研究认为简单率相关塑性本构模型难以有效模拟FOD损伤，而对于上述几种复杂本构模型，不同学者认为各自采用的

8、材料模型均较有效。对比分析发现。J—C模型、修正z—A模型和Bammann模型本质上属于收稿日