某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇軸疲勞壽命預(yù)測及可靠性分析.pdf

1、作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的重要零件,風(fēng)扇軸在傳遞功率、扭矩和支承其它零部件等方面起著非常重要的作用。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中,風(fēng)扇軸面臨著非常復(fù)雜的交變載荷條件,如扭矩、軸向力、振動(dòng)扭矩、彎矩等,極易因?yàn)槠谄茐亩鴮?dǎo)致失效,從而使航空發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和安全性降低。因此,為了保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)能夠安全可靠地運(yùn)行,以航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇軸材料特點(diǎn)和失效特點(diǎn)為基礎(chǔ),積極進(jìn)行風(fēng)扇軸的疲勞壽命預(yù)測和可靠性研究,具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程價(jià)值。本文以某

2、型航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇軸為研究對象,在有限元應(yīng)力應(yīng)變分析的基礎(chǔ)上,基于多軸疲勞壽命預(yù)測方法中的臨界平面方法和基于應(yīng)變的方法,開展疲勞壽命預(yù)測研究。最后,采用Monte Carlo方法對風(fēng)扇軸的疲勞壽命可靠性進(jìn)行研究。
　　論文的主要工作內(nèi)容及貢獻(xiàn)如下:
　　(1)基于三維建模軟件和有限元分析軟件建立了某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇軸的三維幾何模型和有限元分析模型。
　　根據(jù)某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇軸的幾何尺寸,在Siemens NX8.0三維

3、軟件中建立了風(fēng)扇軸的三維幾何模型。然后通過該三維建模軟件與ANSYS Workbench軟件的無縫連接,在Workbench中根據(jù)模型簡化原則對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化,建立了風(fēng)扇軸三維有限元分析模型。
　　(2)在多載荷共同作用條件下,分別進(jìn)行了風(fēng)扇軸線彈性和彈塑性有限元分析,獲得了風(fēng)扇軸的應(yīng)力應(yīng)變分布情況和疲勞破壞危險(xiǎn)部位。
　　在同時(shí)考慮離心力、扭矩、軸向力、振動(dòng)力矩和彎矩等載荷條件下,對風(fēng)扇軸進(jìn)行了線彈性有限元分析。根據(jù)風(fēng)扇軸

4、已進(jìn)入塑性狀態(tài)的結(jié)果,得知線彈性有限元分析模型在反映風(fēng)扇軸的真實(shí)狀態(tài)上的局限性。因此結(jié)合風(fēng)扇軸材料的應(yīng)力應(yīng)變特性,進(jìn)行了風(fēng)扇軸的彈塑性有限元分析,通過風(fēng)扇軸的應(yīng)力應(yīng)變分布和結(jié)構(gòu)的整體變形情況,判斷出風(fēng)扇軸存在兩個(gè)疲勞破壞危險(xiǎn)部位,即花鍵根部和靠近花鍵端的最大臺(tái)階處。
　　(3)基于有限元分析結(jié)果,從多軸疲勞角度評估了風(fēng)扇軸的壽命。
　　在有限元應(yīng)力應(yīng)變分析基礎(chǔ)上,從多軸疲勞角度,分別采用基于臨界平面的多軸方法(Wang-Br

5、own方法、Fatemi-Socie方法、SWT-Bannantine方法)和基于應(yīng)變的多軸疲勞壽命預(yù)測方法(基于最大剪應(yīng)變屈服理論的方法、基于Mises屈服準(zhǔn)則的方法、基于最大主應(yīng)變幅的方法),進(jìn)行風(fēng)扇軸疲勞壽命計(jì)算評估。結(jié)果顯示不同的壽命預(yù)測模型下預(yù)測效果的差異性,并揭示出基于最大主應(yīng)變幅的模壽命型預(yù)測值與試驗(yàn)值最貼近。
　　(4)運(yùn)用Monte Carlo方法對風(fēng)扇軸進(jìn)行了可靠性分析,獲得了風(fēng)扇軸的疲勞壽命分布類型和疲勞壽命