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航空发动机涡轮轴疲劳可靠性建模与分析方法研究

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  • 【题名】:航空发动机涡轮轴疲劳可靠性建模与分析方法研究
  • 【年份】:2019
  • 【作者】:刘丁玮
  • 【关键词】:涡轮轴  有限元分析  疲劳寿命预测  可靠性分析
  • 【摘要】:在制空权愈发重要的今天,航空发动机作为对飞机性能影响最大的关键组件,无疑成为了世界各个工业强国重点研发的对象。在航空发动机性能提升的同时,伴随而来的稳定性、可靠性问题却是非常棘手的,如何在高速、高温、高载荷的情况下保证飞机的安全飞行是各国科研工作者首先要解决的问题。涡轮轴是发动机组件的核心部件,其主要功能是关联零部件和传递载荷,涡轮轴的工作状态对飞机的安全有着极其重要的影响。由于飞机工作状态的特殊性,在飞行过程中,包括涡轮轴在内的发动机各组件承受的工作载荷十分复杂,且有很大的随机性。一旦涡轮轴出现疲劳失效,将造成不可逆的严重安全事故,因此,航空发动机涡轮轴的寿命将在很大程度上影响飞机的安全飞行寿命。本文以航空发动机涡轮轴为研究对象,对其进行了结构载荷分析、应力应变分析、疲劳寿命预测、可靠性分析及灵敏度分析。本文的主要工作内容包括以下几个方面:(1)分析涡轮轴的结构以及各个结构之间的物理、逻辑关系,从而确定周围组件对涡轮轴的约束及涡轮轴上的载荷情况。建立涡轮轴实体模型。为了提高计算效率,简化对计算结果影响不大的结构并将其导入ANSYS Workbench有限元分析软件,在此基础上建立涡轮轴的有限元模型。在软件的辅助下,对涡轮轴进行应力应变分析,以此来确定涡轮轴较为薄弱的关键部位。(2)对目前在实际工程中常用的疲劳寿命预测方法和疲劳可靠性分析方法做了较为详细的归纳总结。选择较为符合实际疲劳破坏机理的多轴疲劳寿命预测方法作为理论基础,开展航空发动机涡轮轴的疲劳寿命预测。在此计算结果的基础上,引入危险部位数目这一参数修正计算结果。同时引入疲劳分散系数的概念,使用小子样涡轮轴疲劳寿命试验数据来估计总体的疲劳寿命。(3)结合蒙特卡洛仿真方法与疲劳寿命预测数据,对航空发动机涡轮轴进行可靠性分析。通过仿真结果得到了涡轮轴疲劳寿命分布,绘制了试验数据直方图。拟合试验数据确定涡轮轴疲劳寿命概率分布函数及可靠度函数。最后对涡轮轴的可靠性灵敏度进行了分析,找出了对涡轮轴失效概率影响最大的因素。
  • 【会议名称】:硕士
  • 【类别名称】:黄洪钟
  • 【载体】:电子科技大学
  • 【会议地点】:2019
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