第39卷第11期 2017年11月
舰船科学技术
SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
压气机叶片厚度对强度的影响研究，
刘隆波，于李洋2
（1.海军装备研究院，北京100161；2.海军装备部，北京100071）
Vol. 39, No. 11 Nov-,2017
摘要：针对压气机叶片结构可靠性问题，在分析影响压气机叶片强度因素的基础上，将压气机叶片为悬臀
梁，进而进行理论分析。并利用结构有限元软件对压气机动叶片进行静力学分析与模态分析，对不同厚度的压气机叶片进行有限元计算，分析得到厚度变化对叶片所受最大应力的影响规律，计算该叶片的固有频率和模态，获取坎贝尔图，进而将所得结果为压气机厚度设计和改进以及运行管理中避免共振提供决策依据。
关键词：压气机；叶片；强度；厚度；优化中图分类号：TK47
文献标识码：A
文章编号：16727649(2017)11010506
doi: 10.3404/j.issn.1672 7649.2017.11.020
Effectsofthicknessesonthestrengthofcompressorblade
LIU Long-bo',YU Li-yang
(1. Navy Academy of Armament, Beijing 100161, China; 2. Department of Navy Armament, Beijing 100071, China)
Abstraet: Considering the problem of structure reliability for compressor blade, based on the chief factors of the strength of compressor blade. The analyses of the blade equivalent as cantilever beam are carried out in this paper. Statics and modal analyses are calculated by structure finite element software. Under various thicknesses of blades, structure finite element and the law of maximum stress are investigated. The inhere frequency and modal is worked out, and the Campbell diagram is given hereby. The results show that the correct thicknesses can avoid the resonance condition for compressor design, and improve operation management.
Key words: compressor; blade; strength; thicknesses; optimizatior
0引言
叶片是压气机的重要组成部分之一，在压气机工作过程中起着转换不同形式能量的作用，是压气机的关键部位，其强度直接影响压气机的性能和可靠性,2)。国内外的军用和民航航空发动机以及燃气轮机在运行中，儿乎平都发生过叶片故障方面的可题，对发动机的使用安全影响很大，是叶片强度技术问题中比较突出的问题。压气机叶片在工作时，环境比较恶劣，除了需要承受非定常气动力、离心力的作用，还受变工况、固定约束力和振动等因素的影响。在这种复杂的情况下，叶片必须具有较高的强度，否则燃气轮机难以正常工作。它的结构设计强度，对压气机的寿命、可靠性、耐久度有重要影响[3]。
孙涛围对变厚度叶片对离心压缩机结构强度和性能影响进行分析，马辉采用变厚度壳单元模拟叶片的
固有频率和振动响应。张震宇[6]对采用TC4钛合金作为压气机叶片的超高周疲劳失效机制及强度-寿命预测方法进行研究。此外，早在20世纪70年代，蒙先信等已对压气机叶片的强度和振动进行了相关计算；近期，古成中等И采用UG软件针对燃气轮机叶片进行精确建模，为结构强度、温度场等有限元分析提供基础；付雷等"研究了毫米级微型燃气轮机系统的设计原则；丁彦闯等例对压气机叶片结构-振动关系进行了一体化系统研究。国外Geng等[]和Yamazaki等的研究中也着重分析了叶片厚度与强度的关系。
目前改变叶片厚度对叶片强度影响的研究不是很丰富，而叶片自身强度也不是很高，受交变载荷等因素影响容易产生疲劳裂纹，在一定的条件下，裂纹继续扩展，直至剩余的承力面积不足以承受离心力造成的应力时，叶片将折断，后果是对整个叶轮机械构成损害，危害巨大。
收稿日期：201薪025
作者简介：数2-），男，博士研究生，研究方向为可靠性、测试性与综合保障。