终稿航空发动机涡轮盘强度分析(2)

2019-03-09 21:48

(1)由于涡轮盘盘体温度较高,且温度分布不均匀,故承受由于热载荷作用而产生的热应力,在计算过程中不可忽略;

(2)当盘内应力超过了材料的屈服极限时,盘内既有弹性区又有塑性区,涡轮盘内径处进入塑性只是一个很小的区域,固采用热弹性计算的结果不够准确,需进一步进行塑性应力析;

(3)由应力云图可知,最大应力集中发生在涡轮盘中心孔处,因此涡轮盘中心孔处是进行强度计算的关键部位。整个涡轮盘的应力分布是由中心孔到轮缘逐渐减小的。在中心孔产生了最大应力及应变量。 按斯贝发动机应力标准(EGD一3),涡轮盘作为航空发动机的关键件,为防止其发生各种失效故障,首先必须进行涡轮盘的静强度校核。斯贝发动机应力标准规定为在所有正常工作条件下涡轮轮盘的平均周向应力不超过?0.1的75%,在离心载荷及热载荷作用下内径处的周向应力不超过?0.1的95%。在设计状态转速状态下获得轮盘内径温度,由涡轮盘材料参数获得?0.1。由应力计算可知,在飞行包线内涡轮盘的的应力是否满足EGD-3应力标准规定。

热弹塑性计算结果及分析 当盘内应力超过了材料的屈服极限时,盘内既有弹性区又有塑性区,涡轮盘内径处进入塑性区域,而涡轮盘的其他部位仍位于弹性变形区域。因而涡轮盘中心孔是进行寿命计算的关键部位,需进一步进行塑性应力分析。

采用ANSYS非线性有限元程序,使用初应变法确定塑性的影响。程序用不变的三角化刚度矩阵和每次迭代后都加以修正的载荷矢量,以使下一步迭代步中算出的应力能接近材料在这个应变时的应力。根据唯一的一组边界条件,每个时间步要包括足够的迭代次数以满足收敛的要求。当全部单元的塑性应变增量与弹性应变的比值小于1%时,满足收敛条件,停止

计算。分别对涡轮盘进行了仅考虑离心负荷时的弹性应力分析、热应力分析和综合考虑离心负荷与温度负荷的热弹塑性应力分析。


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