使用LS-DYNA进行航空发动机叶片飞断过程中的传力分析

摘要

航空发动机机匣包容问题非常复杂,涉及大变形、材料粘塑性和失效,以及极短时间内发动机各部件之间大量整体和局部高速高能相互作用,包含多种非线性特性.叶片整个飞断过程会对整机产生恶劣载荷,而撞击载荷的大小及变化很难用试验的手段获得,而仿真方法作为一种经济省时的方法可为航空发动机的安全性设计提供一定的帮助.本文以简化的大涵道比涡扇发动机模型为基础,对涡扇叶片飞断过程中产生的整机动力响应问题进行分析.对叶片飞断部位的风扇、低压涡轮叶片及相应部位的机匣进行相对详细的建模,为节省计算量,在保证传力路径、质量分布、部件刚度的前提下,对压气机、燃烧室、涡轮、安装节进行简化建模.在飞断叶片根部使用特殊材料代替,分析研究特殊材料的材料参数,使其在规定时刻完全断裂,然后叶片在离心力作用下撞击机匣等结构.计算其在这种非对称时变载荷下,整机结构的响应.得到机匣安装边、高压涡轮轴、低压涡轮轴、轴承座、前后吊点的受力时问历程,进而可以对相关部位的强度进行校核.同时可考察机匣安装边上螺栓预紧力大小对相邻部位的强度影响.航空发动机的传力分析流程可推广到燃气轮机等类似装备上,进而对此类装备在恶劣载荷激励下的安全性设计提供辅助指导作用.