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《涡轮盘榫槽疲劳_蠕变交互作用的寿命研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第5卷第2期计算结构力学及其应用vol.丘No·219885IONALSTRUCTURALMECHANICSANDAPPLICATIONSMay1988年月COMPUTAT涡轮盘攀槽疲劳/蟠变交互作用的寿命研究熊昌炳彭志勇(北京航空学院)要本文对涡轮盘棒槽的疲劳/蠕变行为,采用非线性有限元进行了分析研究。根据,一,,发动机的工作特点在计算应力应变时分别对疲劳和蠕变进行处理在作寿命判。.:,断时则考虑二者的交互作用结果表明无论用应变范围区分法(SRP)或应变能区分法(,.SBP)两种方法的计算寿命值与发动机的实际寿命值是很吻合的它给研究发动机重要零件的寿命.提供了一种有价值的方法.一、问题的提
2、出涡,,轮盘的疲劳破坏事故在国内外已有大量的出现无论是航空发动机还是地面发电设,。备的透平机对它的故障都进行过多次的深入研究但是随着涡轮部件的工作温度不断提,,,,高转速不断增大而结构重量又要求尽量减轻工作寿命又要求尽量加长的条件下加上,,,涡轮盘的工作环境总是轮外缘温度极高轮中心温度较低每次起动一停车的过程中热疲,。,劳和机械疲劳造成轮盘外缘的疲劳裂纹几乎是不能克服的缺陷因此目前美国已有上亿。元的涡轮盘等待挽救根据,,。发动机的飞行载荷谱在作高级特技飞行任务剖面时其工作转速和温度T:随时间的变化如图1。所示12000学.’(℃)“一一岁-V户~/T.仪}:::‘.‘.一、甲.公V侧、~
3、一一刀沪了{魏1020加40506070习090飞行任务时间(%)图1发动机飞行任务剖面、、、。发动机一次飞行剖面包括起飞巡航机动飞行返航和降落阶段由于起飞时间很.本文于1986年9月2日收到58计算结构力学及其应用5卷短,起飞功率很大,一般认为对涡轮盘的薄弱部位,,而塑性变形只受会引起材料的塑性变形载荷,,,,影响与时间无关在巡航和机动飞行过程中时间很长工作转速和温度的数值都很,一般,。,高认为对高温和局部应力集中区会产生蠕变形实验证明轮盘材料的工作温度..。,。。约等于其溶点温度的(04、O6)T时就发生蠕变正好轮盘外缘温度在此范围内我,。们取其工作温度为50℃60℃及650℃三种状态进
4、行了分析对于材料高温蠕变的试验,0℃以后,。,,证明当温度超过50蠕变影响就逐渐明显因此蠕变响应对禅槽的损伤已经。不能被忽视了二、计算模型.涡轮盘禅抽的计算棋型,,,2为了提高计算精度降低计算费用将计算模型限制在疲劳故障的局部区域如图所。不,它样齿承受叶片的离心力均布在轮盘外,在厚度方,齿缘向的尺寸变化大并破坏了轮盘面,故。的轴对称性应以三维结构进行分析计算域由实际轮盘禅槽故障区域图2(a)简化为图,。悬2(b)的形状它的边界条件如图2(c)所示其内边界A由轮盘按轴对称条件所得到的已ac()(b)(),,E边界是轮盘对称知位移值给出两侧B图2涡轮盘禅槽(a)计算域(b)边界条件(c)面,沿径
5、,;C,D,向可自由移动环向位移为零边界为叶片载荷加给计算模型的外载荷均。为已知条件,故由温,计算区域内的温度梯度均很小度差引起的热应力也很小高温对材料的机械性,,。质有影响它降低了材料的机械强度使轮盘的承载能力及寿命随之下降.2计算摸型的特点,,,如前述塑性变形产生于起飞的瞬间蠕变变形产生于长时间巡航等状态相对应的应一应,,,力变计算中塑性计算应与时间相独立蠕变计算应与时间相依赖这是此问题的特点。之一,,,大载荷的低循环疲劳/蠕变都属于应变疲劳范畴各自产生的应变一般均按线性迭加原理来集合。,:例如材料的总应变为t’.。=deopoZod+d+d+d(1)e,,,。、、。式中的诸上标PT分别
6、代表弹性塑性温度及蠕变的分应变这种线性迭加在大量的实践中已被证明是正确的。,基本的有限元计算中,,然因此将疲劳/蠕变作用分开处理后用线性,。损伤积累这是此问题的第二个特点,。,疲劳与蠕变的交互作用是目前国内外研究的重点但仍处于百家争鸣阶段任何一种,,然后按某方法都是先将材料的单独疲劳或者单独蠕变进行研究种积累关系以求解二者的。,。交互作用例如发动机在起飞降落的较短时间内不必考虑蠕度行为这是此问题的第三个。特点涡轮盘禅槽疲劳/蠕变交互作用的寿命研究、三〔。〕基本理论。1计算公式,,,a,a:当考虑温度影响时材料的弹性模数E泊桑比协线膨胀系数屈服应力都。,,随温度而变化在建立非线性本构方程时认为
7、应力依赖于温度但温度不受应力变化的影。,、、。响在热载荷和机械荷载作用下材料的总应变将是弹性塑性温度应变的线性组合将:(1)式中高温弹塑性部分写成矩阵形式。二。‘op。牙1){d}{d}+{d子+{d}(a〔D〕一‘:o.=〔D〕一‘a因知{d}{d}+。}dTaT{{、。·,一入{器}(2){d。,二adT}{},,。,其中f二H(aT)是弹性势或称加载屈服函数将(2)式代入(1)式得到__.._.__,,
