发动机风扇叶片疲劳寿命计算及振动特性分析

摘要

风扇叶片是航空发动机的关键转动零件,承担着将空气输送到内、外涵道的重要作用。在高转速高气压的飞行状态下,风扇叶片主要承受着气动载荷、离心载荷及温度载荷,常常导致疲劳失效,一旦发生断裂直接危及其它部件的正常运转。为了保证在飞行过程中发动机稳定、可靠地运行,迫切需要对风扇叶片进行疲劳寿命计算与振动特性分析。
　　本文围绕某发动机第I级风扇叶片进行了如下研究工作:
　　首先,针对实际使用载荷谱中慢车、巡航、最大转速三种飞行状态,在建立风扇叶片三维模型的基础上,进行有限元应力应变分析,得到三种飞行状态对应的气动载荷、离心载荷、温度载荷作用下的应力应变结果,通过对比分析确定容易发生疲劳失效的关键部位及其应力应变情况。
　　然后,结合900h实际使用载荷谱和疲劳失效关键部位处的应力应变结果,采用名义应力法和线性累积损伤理论对风扇叶片叶身部分进行了疲劳寿命的计算与分析,得到风扇叶片在该载荷谱工作条件下的飞行时间。
　　最后,针对不同的飞行状态风扇叶片会产生不同的预应力,考虑预应力的作用对风扇叶片的振动特性的影响,对第I级风扇叶片进行了振动特性分析,得到单只风扇叶片的振动频率、振型,并绘制了坎贝尔图,为避免风扇叶片发生共振提供了参考。
　　本文通过对实际飞行载荷谱下风扇叶片疲劳寿命及振动特性的研究,为发动机的整机寿命分析提供了参考。

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目录

第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 本文主要工作

第二章 风扇叶片有限元应力应变分析

2.1 引言

2.2 有限元分析基本原理

2.3 有限元应力分析基本原理

2.4 风扇叶片有限元应力应变分析

2.5 风扇叶片有限元应力应变结果分析

2.6 本章小结

第三章 风扇叶片疲劳寿命计算

3.1 引言

3.2 疲劳寿命分析方法

3.3 风扇叶片疲劳寿命计算结果

3.4 本章小结

第四章 风扇叶片振动特性分析

4.1 引言

4.2 振动模态分析理论基础

4.3 风扇叶片振动特性分析模型处理

4.4 风扇叶片无预应力振动模态固有频率与振型分析

4.5 风扇叶片有预应力振动模态固有频率与振型分析

4.6 风扇叶片坎贝尔图共振分析

4.7 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果