考虑表面加工缺陷的轮盘疲劳寿命分析方法

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1、第40卷第5期2014年10月航空发动机AeroengineV01．40No．50ct．2014考虑表面加工缺陷的轮盘疲劳寿命分析方法陆山，李波(西北工业大学动力与能源学院，西安710072)摘要：为了将表面加工状态引入零构件概率寿命分析中，提出并建立了考虑表面加工缺陷的轮盘疲劳寿命分析方法。将孔的表面加工缺陷简化为表面裂纹和／或角裂纹，导出裂纹深度密度函数；借助裂纹应力强度因子经验公式及有限元分析，提出轮盘孔边裂纹应力强度因子计算的推广经验公式方法。建立了3种考虑表面缺陷尺度分布时轮盘概率寿命计算方法。以钛合金盘为例，在获得的表面缺陷分布条件下

2、，计算了给定寿命的轮盘疲劳寿命失效概率及故障率。仿真结果表明：采用该方法可以将表面加工缺陷对疲劳寿命的影响引入构件寿命评估体系。关键词：表面加工缺陷；疲劳寿命；应力强度因子；裂纹扩展；失效概率；故障率；轮盘中图分类号：V231．95文献标识码：Adoi：i0．13477／j．cnki．aeroengine．2014．05．002AnAnalysisMethodofDiskFatigueLifeConsideringSurfaceManufacturing-InducedAnomalyLUShan．LIBo(SchoolofPowerandEner

3、gy，NorthwesternPolytechnicalUnivemity，Xi’an710072)Abstract：Inordertoanalyzetheaeroenginecomponents’lifeatthesurfacemanufacturestate，amethodfordiskfatiguelifeanalysisconsideringsurfacemanufacturing—inducedanomalywaspresentedandbuilt．Thesurfacemanufacturinganomalywassimplifieda

4、ssurfacecracksand／orcomercracks，andthecrackdensityfunctionwasexpofled．UsingtheempiricalformulaofStressIntensityFactor(SIF)andFEManalysis，apopularizedempiricalformulamethodtocomputetheSIFofacrackatholeedgeofadiskwasproposedandverifiedbyFEMsolution．Threemethodstocalculatethepro

5、babilisticlifeofdiskconsideringthedepthdistributionofsurfaceanomalywerebuilt．Takingatitaniumdiskasanexample，thefailureriskandfailurerateatagivenlifewascomputed，undertheconditionsofthegaineddistributionofsurfaceanomaly．Thesimulationresultsshowthatthesurfacemanufacturing-induce

6、danomalyaffeotsfatiguelifecanbeintroducedincomponents’lifeassessmentlifebythismethod．Keywords：surfacemanufacturing-inducedanomaly；,fatiguelife；stressintensityfactoEcrackpropagation；failurerisk；failurerate；disk0引言轮盘是航空发动机最重要的承力构件之一，结构复杂，成本昂贵，工作条件恶劣，一旦损坏，后果往往是灾难性的。轮盘在服役期间承受着重复作

7、用的疲劳载荷，其设计必须遵守相关结构的强度准则，要求具有足够的低循环疲劳寿命，以及损伤容限特性，来满足可靠性和耐久性fl】。在发动机轮盘的实际加工中，会不可避免地产生加工缺陷，如果在应力危险部位(特别是在盘的孑L边)出现了明显的加工缺陷，则可能会对其寿命产生较大影响。因此，在轮盘寿命预测时，应该考虑加工刀痕对寿命的影响，这也是轮盘损伤容限设计要求研究的内容。在分析轮盘表面加工缺陷的微观表象之后，可以将轮盘孔边的加工刀痕作为裂纹来处理㈣，裂纹的深度即为加工刀痕(缺陷)的深度，而裂纹的扩展寿命，则在一定程度上代表了轮盘的疲劳寿命。裂纹应力强度因子可以

8、通过经验公式【3】、有限元法M或边界元法吲之解。然而经验公式法仅适用于简单载荷下的简单几何构件；零件加工缺陷的深度是不确定的，具有一定的