轮盘低循环疲劳寿命可靠性分析方法

疲劳寿命呈现异方差特性,其标准差随弹性应变幅和塑性应变幅的减小而增大,因此在Manson-Coffin公式中引入标准正态变量斗和线性标准差σe、σp,将ε-N曲线参数表示为随机变量μ的函数,建立了低循环疲劳寿命的概率模型。在低循环疲劳试验数据的基础上应用异方差回归分析方法获得了该模型的参数,通过蒙特卡洛模拟验证了模型的精度。应用该模型进行等厚空心轮盘的低循环疲劳寿命可靠性分析,得到了轮盘中心孔危险点的疲劳寿命分布。由于没有事先假设疲劳性能参数的分布特性,参数均由试验数据分析得到,并且采用异方差回归分析能够充分利用数据信息,在提高分析精度的同时能够节约疲劳试件,因此该分析方法具有较好的工程应用前景。     

某型航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命分析

确定发动机零部件的最大应力应变循环是进行零部件寿命研究的重要内容之一.弹塑性有限元分析常用于计算最大应力应变循环,但是由于各种载荷、约束等条件考虑不全面,得到的应力应变循环往往偏大.同时,某些零部件的瞬态温度场是决定其疲劳强度和使用寿命的重要因素,而获得准确的瞬态温度场是非常困难的.文中对某型发动机的高压涡轮盘进行疲劳试验条件下弹塑性有限元分析,对一台涡轮盘的残余应力进行测试,利用稳态温度场计算涡轮盘危险点最大应力应变循环,并根据弹塑性有限元分析和通过残余应力测试得到的最大应力应变循环进行低循环疲劳寿命预测.研究结果表明,弹塑性有限元分析法预测的寿命偏低,由残余应力可以较准确地确定最大应力应变循环.     

某型航空发动机钛合金轮盘模拟疲劳试验件设计

除了考核部位的最大应力水平外,应力梯度分布也是影响航空发动机轮盘大应力区域低循环疲劳寿命的重要因素。据此研究了一种模拟疲劳试验件,可以根据考核位置的实际应力分布,优化计算模拟件的几何尺寸参数,使模拟件的最大应力水平和应力梯度与实际三维特征非常接近,其设计以ANSYS WORKBENCH的Design Xplorer参数优化模块为平台,设计过程简洁、直观和高效;另外获得了模拟件的实测寿命数据并用于指导某型航空发动机的试车任务,并通过了一定循环次数下的航空发动机试车考核。提出的模拟疲劳试验件为发动机轮盘低循环疲劳寿命设计提供了一种有效且成本较低的方法。     

某发动机涡轮盘低循环疲劳试验故障分析

某型燃气涡轮转子试验件在进行低循环疲劳试验时,试验件出现损坏。本文采用断口分析、金相组织检测等手段对其失效性质及裂纹萌生原因进行分析。结果表明:后挡板破裂性质为疲劳,裂纹源位于沟槽底部,机加痕迹是形成疲劳源的主要原因。为了提高挡板的疲劳寿命,需要严格控制沟槽底部的加工质量、提高该处的表面粗糙度。     

某无人机用涡喷发动机主轴疲劳寿命计算

涡喷发动机主轴所承受载荷十分复杂,扭矩、轴向力、离心载荷和陀螺力矩等载荷共同作用于主轴,在高温区还承受热负荷。在这些交变载荷共同作用下,疲劳断裂失效是其主要失效模式。根据无人机的任务剖面,编制该无人机用涡喷发动机主轴的疲劳载荷谱;并用工程估算方法得到该涡喷发动机主轴的S-N曲线,基于ANSYS建立有限元模型并进行疲劳寿命分析,给出了该涡喷发动机主轴的寿命。     

某发动机飞轮盘强度校核计算研究

飞轮是发动机的关键部件,飞轮盘的强度及刚度不足会影响发动机的质量及安全,通过有限元分析软件对某机型飞轮强度进行了计算,讨论了飞轮的强度及热应力,为飞轮的结构优化提供有效的根据。     

轮盘低周疲劳寿命预测的一种新方法

低循环疲劳失效是轮盘失效的主要形式。为了找到更加精确可靠地预测轮盘低周疲劳寿命的方法,基于三参数幂函数公式,提出了描述Walker等效应变参量与疲劳寿命关系的修正寿命预测模型。应用修正寿命预测模型对1Cr11Ni2W2Mo V、GH4133、TC4及TC11合金材料不同条件下的低周疲劳试验数据进行模拟,发现拟合曲线能够很好地描述Walker等效应变与寿命之间的关系,寿命预测点全部位于2倍分散带内。采用不同方法对高压压气机I级盘60℃下的寿命进行预测,并将预测结果与轮盘试验值进行比较。结果表明:修正模型的预测寿命值为1 048,与试验值1 340相近,相对误差仅为-21.8%,预测精度明显高于另外三种模型,并且修正模型能够考虑平均应力的变化对疲劳寿命所产生的影响,可为发动机轮盘的低周疲劳寿命预测提供参考方法。     

某涡轮盘低循环疲劳寿命预测及试验验证

使用有限元计算方法对某涡轮盘进行应力分析,得到涡轮盘应力分布和涡轮盘危险部位;采用局部应力应变法对该涡轮盘进行低循环疲劳寿命预测,证明该方法满足设计要求;对涡轮盘进行低循环疲劳试验,描述了试验加载方法,试验结果表明涡轮盘可满足5 200次寿命要求。     

低循环疲劳中的工程无裂纹寿命

本文对低循环疲劳中的工程无裂纹寿命N_o进行了探讨。通过对国产汽轮机转子钢30Cr2MoV和西德生产的电站锅炉汽包用钢BHW35及19Mn5的低循环疲劳试验,用不同的方法确定N_o,提出了一个估算低循环疲劳工程无裂纹寿命N_o的经验关系式。     

不同循环工况对发动机缸盖低周疲劳寿命的影响

对于疲劳寿命来说,在相同的应力幅值下,不同的加载过程、加载频率对最终的结果也会有很大的影响。基于局部应力应变法,对两种不同工况的试验进行模拟分析,对比不同工况下的温度场、应力应变以及疲劳寿命结果。分析结果表明,在机械载荷不变的情况下,缓慢的温度加载速率可以延长结构的低周疲劳寿命。     

发动机增压器蜗壳低周疲劳寿命研究

发动机零部件处于交变载荷工况时,由于温度变化,会产生较大的应力幅值,可能导致低周疲劳开裂。对此,对发动机增压器蜗壳进行低周疲劳寿命研究。在研究中,基于低周疲劳理论,对发动机增压器蜗壳处于冷热冲击试验工况进行瞬态温度场分析,并进行低周疲劳寿命分析,由此得到蜗壳的寿命分布。     

某型航空发动机高温总压探针基础激励疲劳寿命研究

被试航空发动机内涵高温区测试探针的可靠性直接关系发动机试飞试验安全,对其进行疲劳寿命进行预估十分必要。根据Steinberg提出的基于高斯分布和Miner法则的三区间法,结合某型发动机低压涡轮导向叶片截面的总压探针试验时工作环境,推导出发动机基础激励下该总压探针疲劳寿命模型;通过对总压探针所安装的发动机大量试飞试验数据统计分析,得到该总压探针的实际工作温度环境,并进行温度区间划分,计算各区间时间占比、平均频率等;最后通过Ansys软件计算该总压探针在划分的各温度区间下的最大等效应力,代入疲劳寿命模型得出该总压探针的疲劳寿命,从而为被试发动机试飞试验的安全可靠性提供参考。     

低应力高周疲劳的寿命计算

在适用于中，长寿命的Ｓ－Ｎ公式的基础上，提出了对低应力，高周疲劳的一种新的疲劳寿命估算公式，并用实验室试验和实际使用进行了验证。在低应力，高周循环疲劳寿命的估算中，这一新的公式比常用的公式更准确些。     

某型涡轴发动机轮盘三维裂纹扩展研究

为了解某涡轴发动机轮盘疲劳试验提前失效原因,采用损伤容限设计方法和Franc3D裂纹分析软件对轮盘开展了三维裂纹扩展分析,发现裂纹扩展寿命小于疲劳试验检查间隔,损伤容限设计不满足要求是导致轮盘破裂的主要因素,对损伤容限设计在工程中的应用有一定指导意义。     

复合材料涡轮轴低循环疲劳寿命预估方法研究

计算连续纤维增强金属基复合材料轴结构应力/应变响应,将仿真计算结果与国外试验数据对比分析,验证金属基复合材料轴结构响应计算方法的准确性。在此基础上,根据发动机涡轮轴真实工况载荷条件下,计算发动机在动载荷下的响应情况及危险位置,将动载荷与静载荷进行等效转换,并验证金属基复合材料轴结构在动载荷及静载荷作用下响应状态的一致性,从而基于静载荷条件工况下,进行疲劳寿命预测,并与国外试验数据对比分析,验证模型有效性。最终,以连续纤维增强金属基复合材料航空发动机涡轮轴为例,计算其在扭矩载荷及轴向力载荷作用下,铺层角度对轴结构响应及寿命的影响规律。     

某直升机旋翼轴低周疲劳寿命研究

旋翼轴是直升机传动系统的关键部件之一。基于此,利用有限元计算分析与疲劳试验相结合方法,研究了某直升机旋翼轴低周疲劳寿命,计算结果及分析表明旋翼轴低周疲劳薄弱区域位于行星架位置;试验结果表明试验方案可行,止扭方案效果好,旋翼轴失效部位与计算结果一致。另外,对旋翼轴断口分析显示裂纹起源于行星架轴颈受载圆周面根部转角R处,失效形式为疲劳断裂,根据疲劳条带计算获得疲劳裂纹扩展寿命与应变监测获得相近;该旋翼轴在规定载荷谱下疲劳寿命约为58.3万次,满足型号设计要求。     

某乘用车催化器总成低周疲劳寿命预测

鉴于目前SUS441铁素体不锈钢催化器总成应用低周疲劳寿命预测经验通用公式精度低的不足,对SUS441材料进行高温拉伸试验数据采集,拟合修正了Manson-Coffin公式疲劳寿命预测参数;通过STAR-CCM+软件和ABAQUS软件建立基于体映射法的流-固-热耦合模型,分析了催化器总成在4个工作循环后的热负荷,对SUS441催化器总成进行低周疲劳寿命估计。结果表明,温度场仿真结果与试验数据在误差范围内,模型可信度高;利用修正公式得到应变-低周疲劳寿命曲线,进行寿命预测,通过发动机台架冷热冲击耐久试验证明修正公式比经验通用公式更准确,该结果可为催化器总成设计开发提供指导。     

GH901压气机盘变幅低循环疲劳寿命估算

在试验研究的基础上,改进了局部应力应变方法。经 GH901压气机盘和光滑试样的变幅低周疲劳试验证明,文中提出的改进措施行之有效,显著特点是具有较高的寿命估算精度.预估寿命与实测寿命之比接近于1。     

低循环疲劳寿命预测的幂指函数模型

从塑性应变幅与疲劳失效反向数在双对数坐标系下的二次曲线特征及残差稳定化两个角度出发,基于幂变换法,构造低周疲劳寿命预测的幂指函数模型。给出一些材料的幂变换指数p值,并对模型寿命预测能力进行检验,结果表明,幂指函数模型对低周疲劳寿命预测具有良好的精度。并指出Manson-Coffin方程实际是幂指函数模型在双对数坐标系下的一阶线性近似,它对应于p=1的情况。由于幂指函数模型非线性的增强,使其对寿命的预测能力大大提高,而通过幂变换方法,模型参数回归仍采用线性回归方法,保持了模型应用的简便性。