航空发动机含焊缝燃烧室外机匣和轴承座强度和寿命研究

摘要

燃烧室外机匣和轴承座是航空发动机的两种重要构件,其疲劳失效问题是工程界普遍关心的问题,基于此,该文对该两种结构(包含焊缝)的强度和寿命进行了研究分析.该文对多种典型焊接试件开展了诸多的试验研究工作:进行单轴静载拉伸试验以确定构件的强度;进行疲劳寿命试验以测得疲劳寿命曲线;进行疲劳裂纹扩展试验以获得试件的疲劳裂纹扩展规律Paris公式;进行蠕变试验以考察焊接试件疲劳持久特性;进行剩余寿命试验以获得试件的剩余寿命.同时对航空发动机燃气涡轮外机匣和轴承座进行了有限元模拟计算,得到外机匣和轴承座的焊接处的强度和变形情况的模拟结果.根据试验数据和有限元的计算结果,对发动机燃烧室外机匣和轴承座两种结构(包含焊缝)进行静强度分析、疲劳寿命分析、蠕变寿命分析、蠕变疲劳交互作用寿命分析以及断口的金相分析.分析结果表明:外机匣(包含焊缝)强度和寿命满足设计强度和寿命的要求;轴承座的强度已经进入屈服阶段,而轴承座及其焊缝处的寿命却是满足设计寿命要求;另外断口的金相分析表明焊接缺陷的存在是影响疲劳寿命的主要原因之一,故需提高焊接技术,减少焊接缺陷的存在以提高焊接结构的寿命.在上述分析的基础上,给出了外机匣和轴承座的预估寿命.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题目的和意义

1.2疲劳裂纹的萌生及扩展

1.2.1疲劳断裂过程

1.2.2疲劳裂纹扩展速率与△Kth

1.3疲劳寿命的估算

1.3.1 Miner累积疲劳损伤线性方程式及其在疲劳寿命估算中的应用

1.3.2 Basquin疲劳寿命与振幅之间的关系及其在疲劳寿命估算中的应用

1.3.3 Manson-coffin公式及其在疲劳寿命估算中的应用

1.3.4 Paris公式及其在疲劳寿命估算中的应用

1.4本文主要工作

第二章焊接接头强度和疲劳寿命试验

2.1焊接试件的静载拉伸试验

2.1.1试验准备及说明

2.1.2试验数据及处理

2.2焊接试件的σ-N疲劳寿命曲线试验

2.2.1试验准备及说明

2.2.2试验数据及处理

2.3焊接试件的疲劳裂纹扩展试验

2.3.1试验的准备及说明

2.3.2试验数据及处理

2.4焊接试件的蠕变试验

2.4.1试验的准备及说明

2.4.2试验结果及处理

2.5焊接试件的剩余疲劳寿命试验

2.5.1焊接试件的几何尺寸及准备

2.5.2剩余寿命试验的数据及说明

第三章燃烧室外机匣的有限元分析

3.1原始数据

3.1.1几何数据

3.1.2材料数据

3.1.3载荷数据和边界条件

3.2有限元模型

3.3计算结果

第四章燃烧室外机匣强度及寿命分析

4.1静强度分析

4.2蠕变寿命分析

4.2.1发动机的工作状态

4.2.2不同工作状态下的焊缝区蠕变寿命

4.2.3蠕变寿命分析

4.3.疲劳寿命分析

4.3.1σ-N曲线疲劳寿命计算分析

4.3.2疲劳裂纹扩展寿命分析

4.4.蠕变疲劳的交互作用

4.4.1概述

4.4.2蠕变疲劳交互作用(疲劳寿命由σ-N曲线估算)

4.4.3蠕变疲劳交互作用(疲劳寿命由裂纹扩展理论估算)

4.5燃气涡轮外机匣的预估寿命

第五章燃气涡轮轴承座组件有限元计算

5.1原始数据

5.1.1材料性能数据

5.1.2载荷数据和边界条件

5.2计算模型

5.3计算结果

5.3.1变形情况

5.3.2应力情况

第六章轴承座组件强度及寿命分析

6.1静强度分析

6.2疲劳寿命分析

6.2.1σ-N疲劳曲线定寿

6.2.2疲劳裂纹扩展寿命分析

6.3断口的金相分析

结论和展望

致谢

参考文献

西北工业大学学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明