火焰筒热疲劳分析与寿命估计

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1、JournalofMechanicalStrength2007，29（2）：305~309""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!火焰筒热疲劳分析与寿命估计THERMALFATIGUEANALYSISANDLIFEPREDICTIONOFCOMBUSTORLINER耿小亮!!郭运强张克实秦亮（西北工业大学工程力学系，西安710072）GENGXiaoliangGUOYunoiangZHANGKeshioINliang（Depar

2、tmentofEngineeringMechanics，NorthwesternPolytechnicalUniuersity，Xi*an710072，China）摘要发动机火焰筒的热疲劳损伤是导致火焰筒失效的主要原因。在火焰筒温度急剧变化过程中，结构上存在温升滞后现象，热冲击载荷造成局部高温区压缩塑性变形；在持续升温与停车降温过程中，结构自身约束导致此处形成拉伸应力，引发循环塑性行为，从而产生疲劳裂纹。基于该机理，采用有限元方法模拟不均匀温升和循环过程及应力应变的变化，并结合Coffin-Manson规律对火焰筒寿命进

3、行预测，与实际情况对比，说明该机理的合理性。关键词火焰筒热疲劳瞬态传热裂纹中图分类号V231.950346AbstractFaiIureofcombustorIinersisgeneraIIyproducedbythermaIfatiguedamage.DuringsharpIyinstantaneouschangeoftemperatureoftheIiner，thereisadeIayoftemperatureriseinthestructure，andthenthecompressivepIasticdeforma

4、tionattheIocaIhightemperaturezonesisengenderedbythermaIshockIoading.DuringthecontinuousrisingandfaIIingoftemperaturebystartingupandshuttingdown，cycIesoftensiIeandcompressivestressesareformedattheseIocaIzonesandthecycIesthatarousepIasticdamageaccu-muIationwiIIIead

5、totheinitiationofcracks.Inthisinvestigation，finiteeIementmethodwasappIiedtosimuIatethethermaIcycIeproce-dureandtheresponseofstress-straincycIes.AsaresuIt，theIifeoftheIinerwascaIcuIatedbyusingCoffin-MansoneguationandthesimuIationappearsreasonabIeincomparisonwithth

6、eexperimentaIdata.KeywordsCombustorliner；Thermalfatigue；Transientheattransfer；CrackCorrespondingauthor：GENGXiaoliang，E-mail：gengxiaoliang@nwpu.edu.cn，Fax：+86-29-88495540TheprojectsupportedbytheAviationScienceFoundationofChina（No.04C53027）andYouthInnovationFoundat

7、ionofNorthwest-ernPoIytechnicaIUniversity（No.M016202）.Manuscriptreceived20050512，inrevisedform20050812.1引言拉伸应力，导致材料拉伸屈服，由此形成塑性变形累积，直到萌生裂纹。这是否是唯一的因素，在火焰筒温火焰筒是航空发动机重要的热端部件，极易因热度变化（升温或降温）的传热过程是否对裂纹萌生扩展疲劳在气膜挡板上和掺混孔边缘出现裂纹，影响其性起作用，由于缺少耦合瞬态传热过程的热应力分析，这能和飞行安全。但对火焰筒疲劳问题的分

8、析是非常困些问题并不清楚。难的，尤其是通过试验获得准确的数据很难，有时不得飞机发动机启动和加速过程一般在很短时间内完不通过经验和估计来进行判断。对火焰筒产生裂纹的成，其热端构件存在一个瞬态传热过程。在此过程中原因大多是采用笼统的描述方法，难以用来进行安全发生故障的概率比平稳飞行过程中要大，因此在研究评估和寿命预测。火