【摘要】：外物損傷(Foreign Object Damage,FOD)是航空發(fā)動機使用中風扇/壓氣機葉片的一種常見故障或問題,可能導致葉片發(fā)生疲勞斷裂,因此需要針對FOD制定較為完善的葉片設計標準和維修規(guī)范。本文針對FOD損傷中一類常見的凹坑型FOD損傷,研究了其對TC4鈦合金葉片高循環(huán)疲勞(High Cycle Fatigue,HCF)性能的影響規(guī)律,發(fā)展了凹坑型損傷葉片的HCF強度預測方法,主要研究工作和結(jié)論如下:(1)分析了試驗模擬凹坑型損傷的宏觀特征,建立了損傷的簡化幾何模型,分析了宏觀特征及應力集中系數(shù)對TC4鈦合金試驗件HCF強度的影響程度,并觀察了凹坑型損傷試驗件疲勞斷口的微觀特征。研究結(jié)果表明:實驗室模擬凹坑型損傷的宏觀幾何尺寸及應力集中系數(shù)無法準確衡量損傷對TC4鈦合金葉片HCF性能的影響程度。(2)基于Bammann模型對凹坑型FOD損傷的形成過程進行了有限元數(shù)值模擬,對數(shù)值模擬獲得的凹坑損傷宏觀幾何特征與幾何尺寸與實驗室模擬結(jié)果進行了對比,對不同沖擊條件下凹坑型損傷周圍的殘余應力分布進行了分析。結(jié)果表明:Bammann模型能夠較為準確地模擬凹坑型損傷的宏觀幾何特征,不同沖擊條件下凹坑型損傷周圍的殘余應力分布存在較大差異。(3)基于臨界距離理論預測了模擬凹坑型損傷葉片的HCF強度,并結(jié)合殘余應力數(shù)值模擬結(jié)果獲得了考慮殘余應力影響的損傷試件HCF強度預測結(jié)果,并與傳統(tǒng)疲勞強度經(jīng)驗公式的預測結(jié)果進行了對比。研究結(jié)果表明:相對于傳統(tǒng)經(jīng)驗公式,臨界距離理論能夠更為精確的預測凹坑型損傷葉片的HCF強度。在HCF強度預測中考慮沖擊殘余應力的影響,能夠進一步改進預測結(jié)果。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V232.4
【圖文】：

南京航空航天大學全日制專業(yè)學位碩士學位論文第一章 緒 論1.1 研究背景在飛機頻繁的起飛和降落過程中，發(fā)動機可能由于強大的吸力而吸入跑道附近的各種異物進而擊傷發(fā)動機前部的風扇和低壓壓氣機葉片，造成葉片的損傷，這種損傷的存在嚴重威脅了飛行的安全。當撞擊的硬物石塊、砂礫、金屬碎片、樹枝等較小的硬物時，通常定義為“硬物撞擊”，在國內(nèi)外航空發(fā)動機設計標準和規(guī)范[1],[2]中被稱為外物損傷（Foreign Object Damage，簡稱為FOD）。FOD多發(fā)生于葉片的前后邊緣處[3]，其宏觀損傷形式包括凹坑（Dent）、缺口（Nick）、裂紋（Crack）、撕裂（Tear）等，如下圖 1.1 所示為實際外物損傷常見宏觀形貌。

FOD損傷的設計評估方法和制定相關(guān)判廢標準和維修規(guī)范，需對葉片疲勞性能的影響規(guī)律進行深入研究和分析。為此，本章及其對 TC4 平板試件高循環(huán)疲勞（HCF）性能的影響規(guī)律開建立考慮凹坑型 FOD 損傷影響的 TC4 鈦合金 HCF 性能預測金及其基本力學性能象為 TC4 鈦合金，具有良好的綜合性能，在航空工業(yè)中廣泛機葉片或壓氣機盤的制造，其化學組成成分如下表 2.1[50]所示表 2.1 TC4 鈦合金化學組成成分（質(zhì)量分數(shù)百分比%）Al V Ti Fe C N 5.5~6.8 3.4~4.5 余量 0.027 0.10 0.008 5*1000*1700mm3熱軋 TC4 鈦合金板材，熱處理狀態(tài)：退火（82 兩相合金，含有 6% 穩(wěn)定元素 Al 和 6% 穩(wěn)定元素 V，織結(jié)構(gòu)。具有該種微觀組織結(jié)構(gòu)的TC4鈦合金沿軋制方向的室69MPa、 =971MPab ，彈性模量E =118GPa，泊松比 0.3

圖 2.5 凹坑型損傷宏觀形貌征對 TC4 鈦合金高循環(huán)疲勞強度影過程中，通常通過測量損傷的幾何尺寸如在某型發(fā)動機維修手冊中，針對葉片：當凹坑深度小于最大可用極限（Maxi片仍能夠工作一段時間而不需要維修更限（Maximum Repairable Limit）時，該大可維修極限時，該葉片判定為報廢，傷的宏觀幾何尺寸對葉片性能的關(guān)系：降，因此需要建立宏觀幾何尺寸對葉片 維修提供依據(jù)。宏觀幾何尺寸進行定義，其中沿硬物沖擊損傷寬度W 、垂直于試驗件表面方向尺在進行疲勞試驗試樣斷裂之后進行測量

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 魏雪霞,李廣利;沙粒對飛機發(fā)動機葉片的沖擊碰撞[J];北京理工大學學報;2005年06期

2 錢桂安,王茂廷,王蓮;用局部應力應變法進行高周疲勞壽命預測的研究[J];機械強度;2004年S1期

3 康繼東,陳士煊,徐志懷;壓氣機葉片外物損傷模擬的撞擊能量當量法[J];南京航空航天大學學報;1998年06期

4 孫振德,魯啟新;外來物損傷對葉片疲勞壽命的影響[J];航空學報;1990年06期

5 孫振德,魯啟新;外物撞擊損傷葉片的模擬試驗方法[J];航空動力學報;1989年01期

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 胡緒騰;外物損傷及其對鈦合金葉片高循環(huán)疲勞強度的影響[D];南京航空航天大學;2009年

2 周勝田;航空發(fā)動機葉片疲勞的損傷力學研究及外物損傷影響[D];東北大學;2008年

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 朱自佳;外物損傷對風扇葉片高循環(huán)疲勞強度的影響及預測[D];南京航空航天大學;2016年

2 包珍強;缺口對TC4高循環(huán)疲勞強度的影響及預測方法研究[D];南京航空航天大學;2014年

3 張雪強;鈦合金葉片外物損傷試驗與數(shù)值模擬研究[D];南京航空航天大學;2013年

本文編號：2791255