本文關(guān)鍵詞：某GH4169動(dòng)力渦輪盤裂紋擴(kuò)展研究

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【摘要】：本文利用有限元分析軟件ANSYS和三維裂紋擴(kuò)展分析軟件FRANC3D,通過(guò)裂紋擴(kuò)展仿真計(jì)算和低循環(huán)疲勞試驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究某GH4169動(dòng)力渦輪盤關(guān)鍵部位預(yù)制裂紋的擴(kuò)展過(guò)程,為該輪盤損傷容限設(shè)計(jì)方法研究提供依據(jù)。本文主要研究工作內(nèi)容如下：(1)采用損傷容限設(shè)計(jì)方法,確定某動(dòng)力渦輪盤裂紋擴(kuò)展過(guò)程研究方案。根據(jù)某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)工況,折算出旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)上的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速和試驗(yàn)溫度。對(duì)該渦輪盤進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)分析,將其中心孔、偏心孔作為裂紋擴(kuò)展過(guò)程的考核部位。確定初始缺陷的位置及預(yù)制方法,選擇合適的無(wú)損檢測(cè)方法和低循環(huán)疲勞試驗(yàn)檢查間隔。(2)采用Franc3D軟件分析偏心孔和中心孔處的裂紋擴(kuò)展速率。插入長(zhǎng)度為0.15mm的初始裂紋,計(jì)算中心孔徑向、偏心孔徑向(內(nèi)、外)與周向的裂紋擴(kuò)展過(guò)程,直至裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到材料的斷裂韌度。發(fā)現(xiàn)裂紋擴(kuò)展速率的由快到慢的排序?yàn)椋浩目讖较?向內(nèi))偏心孔徑向(向外)中心孔徑向偏心孔周向。繪制出各部位的α～N曲線和ΔK～a曲線,觀察裂紋擴(kuò)展路徑。(3)使用立式旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái),開展該動(dòng)力渦輪盤的低循環(huán)疲勞試驗(yàn)。根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果,在輪盤偏心孔與中心孔處預(yù)制14個(gè)小缺口。每間隔一定的循環(huán)次數(shù),取下輪盤進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。當(dāng)輪盤發(fā)生爆裂時(shí),切下斷口,在電子顯微鏡下對(duì)斷口進(jìn)行分析,根據(jù)斷口確定的da/dN～a曲線,并且與仿真計(jì)算進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果表明：輪盤偏心孔徑向(向內(nèi))、中心孔徑向、偏心孔周向的裂紋擴(kuò)展速率依次減小；采用裂紋長(zhǎng)度等效方法計(jì)算得到的裂紋擴(kuò)展速率在裂紋擴(kuò)展初期與試驗(yàn)結(jié)果有很好的符合性；仿真計(jì)算能較好的給出裂紋前沿?cái)U(kuò)展尺寸和形狀；裂紋擴(kuò)展后期的數(shù)據(jù)表明,計(jì)算結(jié)果略顯保守；不同部位處裂紋擴(kuò)展速率計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。采用在大應(yīng)力區(qū)域預(yù)制裂紋,結(jié)合數(shù)值仿真計(jì)算,使用立式旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái),開展某動(dòng)力渦輪盤裂紋擴(kuò)展速率的研究在國(guó)內(nèi)尚屬首次,希望本文的研究可以為今后深入開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)輪盤損傷容限設(shè)計(jì)方法研究提供有效手段。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V231.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1274302