第39卷第5期 2013年10月
航空发动机 Aeroengine
某飞行科目中涡轮盘的损伤计算
李斌，白广忧
（中国人民解放军955997部队，北京100076）
Vol.39 No. 5 Oet.2013
摘要：通过对某型航空发动机高压涡轮盘进行弹塑性有限元分析，计算涡轮盘在主次循环作用下的低循环疲劳寿命和寿命的概率分布，从而对涡轮盘在某飞行科目中的寿命损伤进行分析。对涡轮盘进行热分析；并对载荷谱进行分析处理，得出对涡轮盘损伤影响较大的主次循环和相应载荷谱；再对涡轮盘进行弹塑性分析，得到危险点处的应力、应变，计算漏轮盘确定性寿命和寿命的概率分市；利用线性损伤累积理论，得到涡轮盘在单次飞行和千小时飞行下的总损伤。
关键词：涡轮盘；载荷谱；低循环疫劳；损伤；航空发动机
李斌(1984)，男，硕士，从事航空发动机可靠性研究工作。
收稿日期：2012-04-08
Damage Calculation of Turbine Disk in a Flight Subject
LI Bin, BAI Guangchen
(PLA Unit 955997, Beijing, 100076, China)
Abstract: The low cycle fatigue life of a turbine disk and the probability distribution
e u sp an og pakreur sem aeep ai a pue ip aan e o siskeue aaa aiu aiedaiea a q pae[naea am particular flight. The thermal analysis on the turbine disk was completed. A particular flight load spectrum was analyzed and the primary and secondary cycle were obtained which impact greatly on the turbine disk damage, The elasticplastic analysis was performed to obtain the stress of the danger point , The certainty life of a turbine disk and the probability distribution were calculated. The total damage of the turbine disk in single flight and a thousand hours of flight was obtained based on the linear damage accumulation theory
Key words: turbine disk; load spectrum; low cycle fatigue; damage; aeroengine
0引言
涡轮盘是航空发动机的主要承力部件之一，在工作中承受机械负荷和热载荷的共同作用，工作应力水平较高。由于其工作环境恶劣，涡轮盘易发生疲劳断裂，成为故障较多的零部件之一，直接影响发动机的使用维护以及整机寿命。对涡轮盘寿命的研究，通常为在设计状态下对技术寿命预测；而在工程应用中，更常见的是涡轮盘在工作一段时间之后的寿命问题，即寿命损伤情况。设备维修计划的合理制定及延寿使用，也都依赖于对涡轮盘寿命损伤的客观评估。因此，对涡轮盘寿命损伤的研究具有很强的现实意义。目前，涡轮盘寿命广泛采用确定性寿命分析方法。但是，实践证明，受材料属性、几何参数、工作条件等的随机因素影响，涡轮盘的寿命也存在一定的随机性。
万方数据
本文考虑涡轮盘在主循环和次循环作用下的寿命时，通过蒙特卡洛可靠性分析方法，计算涡轮盘寿命的概率分布，得到在一定置信水平和可靠度时的寿命值"。以某典型飞行科目为例，对涡轮盘寿命损伤进行研究。
热分析
首先，对涡轮盘进行热分析，采用温度边界条件的方法，施加温度载荷。其次，根据某典型飞行科目的载荷谱，分析得出对涡轮盘损伤影响较大的循环，包括1个主循环和2个次循环，并得出各循环状态下的载荷分布，其中次循环载荷谱需要进行等效转换。然后，针对各循环载荷下的涡轮盘进行弹塑性应力、应变分析，利用Manson-Conffin公式对低循环疲劳寿命进行确定性计算，并采用蒙特卡罗法进行可靠性分