某涡扇发动机风扇轮盘强度分析及寿命预测

摘要

涡扇发动机是现在多数军用飞机和民用飞机的动力装置，其性能直接决定着飞机服役期间工作的稳定性和可靠性。涡扇发动机的外涵推力源于风扇所产生的推力，风扇轮盘作为风扇的关键承力部件，对发动机的性能有直接的影响。对于现代航空发动机，无论是其性能还是推重比都有很大的提高，因此，轮盘也被要求有更高的工作可靠性。因此，为了保证发动机工作的安全性，本文针对某涡扇发动机风扇轮盘的结构强度及疲劳寿命问题开展研究工作。
　　论文首先对风扇1级轮盘和风扇2、3级轮盘进行了结构分析，采用ANSYS Workbench有限元软件建立了风扇1级轮盘和风扇2、3级轮盘三维循环对称有限元模型，分析了轮盘的热应力及机械载荷和温度载荷共同作用下的热弹性应力，得到了轮盘不同工作状态下的应力分布，结果表明：风扇1级轮盘的最大应力点位于轮盘中心孔处，风扇2、3级轮盘的最大应力点位于轮盘的螺栓孔处；风扇1级轮盘和2、3级轮盘均满足强度设计要求。论文对风扇1级轮盘和2、3级轮盘进行了振动分析，得到了轮盘前6阶的固有频率和振型。针对1级轮盘进行了共振分析，结果表明：轮盘在“慢车”状态下有与一、二阶振动形成共振的趋向，为轮盘的结构优化设计提供了一定的参考依据。
　　其次，对风扇1级轮盘、风扇2、3级轮盘进行了盘-销接触分析，对比分析了不同接触类型对接触应力水平的影响。论文讨论了摩擦系数和初始间隙对盘-销最大接触应力及分布的影响，得到了接触应力水平与摩擦系数和初始间隙的变化关系。通过综合风扇1级轮盘和2、3级轮盘的热弹性计算结果，论文确定了风扇轮盘的疲劳危险部位，并计算了风扇轮盘危险部位销钉孔处的理论应力集中系数及名义应力，为后续轮盘的疲劳寿命预测提供了基础数据。
　　最后，论文采用基于应力的名义应力法和基于应变的局部应力应变法对风扇1级轮盘和风扇2、3级轮盘进行了疲劳寿命计算与分析。论文针对风扇1级轮盘，通过引入轮盘局部应力梯度对寿命的影响，基于Walker方程得到了风扇轮盘的考虑应力梯度效应的寿命预测模型，与传统的寿命预测方法对比，该模型对塑性变形较小的情况下的疲劳分析有较高的预测精度且具有较好的适用性。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 航空发动机轮盘应力分析国内外研究现状

1.3 航空发动机轮盘寿命预测国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 某涡扇发动机风扇轮盘强度与振动有限元分析

2.1 引言

2.2 有限元基本理论

2.3 风扇轮盘强度有限元分析

2.4 风扇轮盘振动有限元分析

2.5 本章小结

第三章 某涡扇发动机风扇轮盘-销接触有限元分析

3.1 引言

3.2 接触问题的基本理论基础

3.3 盘-销接触有限元分析步骤

3.4 盘-销接触计算结果及分析

3.5 风扇轮盘的应力集中系数计算

3.6本章小结

第四章 某涡扇发动机风扇轮盘疲劳寿命分析

4.1引言

4.2疲劳寿命分析方法

4.3影响轮盘疲劳寿命的主要因素

4.4基于名义应力法的风扇轮盘疲劳寿命分析

4.5基于局部应力应变法的风扇轮盘疲劳寿命分析

4.6考虑应力梯度的风扇轮盘疲劳寿命分析

4.7 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果