定向凝固渦輪葉片持久性能試驗研究與分析.pdf

1、渦輪葉片是航空發(fā)動機上極其重要的渦輪轉(zhuǎn)子部件，承受著機械離心力及其彎矩、氣動力及其彎矩、高溫?zé)嶝?fù)荷及振動負(fù)荷等復(fù)雜載荷的作用，素有“王冠上的明珠”之稱，它的壽命直接決定了航空發(fā)動機的壽命。為了提高渦輪葉片持久壽命設(shè)計參數(shù)選取和設(shè)計方法的可靠性，迫切需要對渦輪葉片的壽命進(jìn)行精確預(yù)測和估計。本文基于某航空科學(xué)基金項目的需要，對渦輪葉片材料的持久性能進(jìn)行了試驗研究和理論分析。 首先，參照部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試件形狀及試驗加載方式，采用材料力

2、學(xué)的方法設(shè)計試件形狀大小。根據(jù)渦輪葉片的形狀和實際試件在葉片上的取材位置，設(shè)計試件加工所需的胎具，在數(shù)控機床上進(jìn)行線切割加工獲得與葉片工作性質(zhì)等效的模擬試件，并測量試件的實際尺寸。 然后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試件的持久強度對實際試件加載，在MTS810液壓伺服材料試驗機上進(jìn)行持久壽命試驗，同時在試驗設(shè)備上下加設(shè)傳感器，獲得試驗過程中試件蠕變的過程數(shù)據(jù)。同時給出相同名義應(yīng)力下標(biāo)準(zhǔn)試件的持久壽命，以便與試驗結(jié)果進(jìn)行對比。 最后，采用θ-

3、Concept Project方法對標(biāo)準(zhǔn)試件試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理，進(jìn)而得到相關(guān)的Norton蠕變參數(shù)。應(yīng)用ANSYS有限元軟件，對實際試件建模進(jìn)行有限元分析，獲得實際試件的真實應(yīng)力分布情況。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試件的持久壽命方程，通過有限元方法計算最小截面處最大應(yīng)力來預(yù)測持久壽命，并與試驗結(jié)果、標(biāo)準(zhǔn)試件持久壽命進(jìn)行比較和分析。 通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，與標(biāo)準(zhǔn)試件比較，相同名義應(yīng)力下模擬試件的持久壽命大為降低，其中有孔試件持久壽命降低的幅度更大。通