本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力確定葉片外物損傷危險(xiǎn)截面的方法。

背景技術(shù)：

1、飛機(jī)在近地飛行時(shí)，外來(lái)物(如石塊、鉚釘、螺帽、螺釘、飛機(jī)零件、彈殼和工具，不包含沙、鳥、冰等)撞擊發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片，會(huì)導(dǎo)致葉片產(chǎn)生缺口、撕裂、凹坑、變形、掉角或斷裂等損傷形式(其中缺口為葉片外物損傷的最主要形式)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)葉片外物損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起葉片疲勞斷裂，從而危及飛機(jī)的飛行安全。近年，現(xiàn)役飛機(jī)的外物損傷發(fā)生率為每10萬(wàn)飛行小時(shí)8～14次，因此產(chǎn)生高額的維修費(fèi)用。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)使用中的外物損傷問(wèn)題突出，越來(lái)越多的發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)都要求進(jìn)行抗外物損傷試驗(yàn)來(lái)模擬考核發(fā)動(dòng)機(jī)葉片在外場(chǎng)使用時(shí)的抗外物損傷能力。

2、根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，外物損傷試驗(yàn)時(shí)，需在風(fēng)扇葉片的前緣危險(xiǎn)截面進(jìn)行損傷預(yù)制，并將帶預(yù)制損傷的葉片安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上完成外物損傷模擬試驗(yàn)，因此，如何確定葉片的危險(xiǎn)截面，并在危險(xiǎn)截面進(jìn)行損傷預(yù)制直接關(guān)系到外物損傷試驗(yàn)的成敗。

3、目前外物損傷試驗(yàn)時(shí)，大都考慮了穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力的簡(jiǎn)單疊加，且同時(shí)也選取了最大穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和最大振動(dòng)應(yīng)力所在的截面作為危險(xiǎn)截面。葉片在工作時(shí)，最大穩(wěn)態(tài)應(yīng)力或最大振動(dòng)應(yīng)力所在的兩個(gè)截面，并非葉片的最危險(xiǎn)截面，在這兩個(gè)截面進(jìn)行缺口預(yù)制，達(dá)不到考核最危險(xiǎn)截面的目的，同時(shí)，如果也在這兩個(gè)截面進(jìn)行缺口預(yù)制，造成非必要考核和資源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力確定葉片外物損傷危險(xiǎn)截面的方法，包括以下步驟：

2、獲取葉片前緣實(shí)際振動(dòng)應(yīng)力和葉片前緣對(duì)應(yīng)位置的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力；

3、根據(jù)所述穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和實(shí)際振動(dòng)應(yīng)力，計(jì)算葉片的等效疲勞載荷；

4、根據(jù)所述葉片的等效疲勞載荷和材料疲勞極限，計(jì)算葉片各階疲勞儲(chǔ)備系數(shù)，確定葉片危險(xiǎn)截面。

5、計(jì)算葉片各階疲勞儲(chǔ)備系數(shù)時(shí)，將葉片各階次下對(duì)應(yīng)位置處的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行疊加，折算為葉片的等效疲勞載荷。

6、進(jìn)一步的，確定葉片危險(xiǎn)截面時(shí)，根據(jù)葉片材料的疲勞極限值和等效疲勞載荷，計(jì)算出各階葉片的疲勞儲(chǔ)備系數(shù)；

7、將系數(shù)最低的截面定義為葉片前緣的最危險(xiǎn)截面。

8、其中，葉片前緣實(shí)際振動(dòng)應(yīng)力，在有限元分析軟件中，通過(guò)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)應(yīng)力轉(zhuǎn)換生成。

9、進(jìn)一步的，生成所述葉片前緣實(shí)際振動(dòng)應(yīng)力前，測(cè)量葉片前十階模態(tài)振動(dòng)應(yīng)力，通過(guò)模態(tài)分析計(jì)算前十階模態(tài)相對(duì)振動(dòng)應(yīng)力分布。

10、獲取所述葉片前緣對(duì)應(yīng)位置的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力的步驟包括：

11、計(jì)算出葉片在最大轉(zhuǎn)速時(shí)的應(yīng)力，徑向應(yīng)力為離心力引起的最大穩(wěn)態(tài)應(yīng)力；

12、根據(jù)葉片前緣振動(dòng)應(yīng)力最大點(diǎn)所在的位置，讀取相同位置處葉片的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力。

13、進(jìn)一步的，所述折算為葉片的等效疲勞載荷，利用古德曼方程實(shí)現(xiàn)。

14、本發(fā)明基于葉片工作時(shí)的最大穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和最大振動(dòng)應(yīng)力，提出了一種直觀、具體、易操作的葉片危險(xiǎn)截面確定方法，該方法利用古德曼方程，將葉片工作時(shí)承受的最大穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力折算到葉片前緣位置處的應(yīng)力，同時(shí)利用材料疲勞極限，計(jì)算出各截面的疲勞儲(chǔ)備系數(shù)，儲(chǔ)備系數(shù)最低的截面即為葉片前緣最危險(xiǎn)截面。通過(guò)本發(fā)明，可以快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出葉片的最危險(xiǎn)截面。

技術(shù)特征：

1.一種基于穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力確定外物損傷危險(xiǎn)截面的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算葉片各階疲勞儲(chǔ)備系數(shù)時(shí)，將葉片各階次下對(duì)應(yīng)位置處的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行疊加，折算為葉片的等效疲勞載荷。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述確定葉片危險(xiǎn)截面時(shí)，根據(jù)葉片材料的疲勞極限值和等效疲勞載荷，計(jì)算出各階葉片的疲勞儲(chǔ)備系數(shù)；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述葉片前緣實(shí)際振動(dòng)應(yīng)力，在有限元分析軟件中，通過(guò)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)應(yīng)力轉(zhuǎn)換生成。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述生成所述葉片前緣實(shí)際振動(dòng)應(yīng)力前，測(cè)量葉片前十階模態(tài)振動(dòng)應(yīng)力，通過(guò)模態(tài)分析計(jì)算前十階模態(tài)相對(duì)振動(dòng)應(yīng)力分布。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲取所述葉片前緣對(duì)應(yīng)位置的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述折算為葉片的等效疲勞載荷，利用古德曼方程實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力確定外物損傷危險(xiǎn)截面的方法，包括以下步驟：獲取葉片前緣實(shí)際振動(dòng)應(yīng)力和葉片前緣對(duì)應(yīng)位置的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力；根據(jù)所述穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和實(shí)際振動(dòng)應(yīng)力，計(jì)算葉片的等效疲勞載荷；根據(jù)所述葉片的等效疲勞載荷和材料疲勞極限，計(jì)算葉片各階疲勞儲(chǔ)備系數(shù)，確定葉片危險(xiǎn)截面。根據(jù)上述技術(shù)方案，可以直接、準(zhǔn)確地確定葉片的最危險(xiǎn)截面，并在確定葉片危險(xiǎn)截面后，并只在該截面上進(jìn)行損傷預(yù)制，避免傳統(tǒng)方法在危險(xiǎn)截面確定時(shí)的重復(fù)性工作，既可達(dá)到危險(xiǎn)截面考核的目的，也能避免非危險(xiǎn)截面考核帶來(lái)的資源浪費(fèi)，為發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)外物損傷試驗(yàn)提供了便利。

技術(shù)研發(fā)人員：高陽(yáng),商體松,阮紹明,陳倩,趙迎春
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航發(fā)貴陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19