某型航空发动机压气机叶片振动疲劳寿命研究

以某型航空发动机压气机叶片为研究对象,在室温条件下进行了一阶弯曲振动疲劳试验,确定了叶片1×107循环基数下的振动疲劳极限.疲劳寿命分析表明在低振动应力下,Basquin方程可以很好地预测叶片的振动疲劳寿命.但在较高振动应力下,Basquin方程预测叶片的疲劳寿命偏于危险,原因在于Basquin方程不能反映塑性滑移对疲劳损伤的影响.为解决这一问题,引入了一个新的应变比因子对Basquin方程进行了修正.对于较高振动应力770MPa和740MPa下叶片的振动疲劳寿命而言,修正后的方程寿命预测误差分别为78.7%和38.5%.与原始Basquin方程相比,修正后的方程寿命预测精度分别提高了66.0%和19.2%.     

涡轮叶片的持久寿命预测模型

镍基高温合金用于制造发动机的高压涡轮叶片.为了提高涡轮叶片持久寿命设计参数选取和设计方法的可靠性,从涡轮叶片代表性部位取材并设计、加工试验试件,进行持久寿命试验.试验过程中记录试件的变形量,进而推算出其蟠变应变,然后利用修正θ-Project Concept法来建立其持久寿命预测方程,并对其进行验证.     

涡轮叶片持久寿命预测中气膜冷却孔的影响

从涡轮叶片典型部位取材并设计加工试件,进行持久寿命试验.通过观察比较试验结果,发现相同名义应力下气膜冷却孔将使试件的持久寿命大为降低.为了验证这一结论,采用有限元数值模拟的方法对该试件的持久拉伸过程进行模拟,同时考虑材料的正交各向异性以及高温条件下的蠕变规律,求得应力集中最大节点的应力值,进而算出其持久寿命,并与标准试件进行比较.     

航空发动机涡轮盘裂纹萌生寿命的估算方法

针对航空发动机涡轮盘裂纹萌生寿命的估算问题，给出一个全新的损伤参量。该损伤参量结合了分析多轴疲劳的临界面方法，“应力功”的概念和疲劳破坏的微观机制。依据该损伤参量，利用有限元程序和自编程序计算得出损伤参量和疲劳循环次数的关系，建立以这一损伤参量为基础的疲劳损伤累积模型，进而估算涡轮盘裂纹萌生寿命。     

航空发动机压气机叶片振动疲劳寿命与af值的关系

以某型航空发动机低压压气机2级转子叶片一阶弯曲振动时不同af值(叶尖振幅与叶片固有振动频率乘积)及相应的振动疲劳寿命的试验结果为出发点,建立了叶片振动疲劳寿命与af值的关系,所得关系与传统的S-N关系相比,既不是幂函数也不是指数函数。叶片振动疲劳寿命与af值关系的建立,一方面提供了确定叶片振动疲劳寿命的可能,另一方面提供了研究材料多轴高周疲劳行为的新途径。     

基于Lyapunov指数谱的航空发动机故障诊断研究

提出了基于Lyapunov指数谱和Lyapunov指数谱熵的航空发动机状态识别和故障诊断新方法。基于实测的某型航空发动机振动时间序列求解了系统不同工作状态和故障状态的Lya-punov指数谱;基于Lyapunov指数谱,对该型航空发动机进行了状态识别和故障诊断;为给出对Lyapunov指数谱及其对状态识别和故障诊断的整体表述,定义了Lyapunov指数谱熵,并基于该谱熵对该型航空发动机进行了状态识别和故障诊断。研究结果表明该型航空发动机振动时间序列在不同状态下具有不同的Lyapunov指数谱及其谱熵,即可以Lyapunov指数谱及其谱熵作为识别其状态的特征量,为航空发动机的故障诊断和状态监控提供了新的可靠的方法。     

CS931型10吨载重半挂车应力测定应力分析及疲劳寿命估算

本文介绍了 CS931型10吨载重半挂车的静、动、残余应力及载荷谱(应变-时间历程)的测定、应力分析及疲劳寿命的估算,实测及计算结果与用户反映基本相符。生产厂已根据试验报告的建议作了改型设计并投入生产,至今未曾发生以往出现过的破坏情况。     

任意分布参数疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

针对工程中疲劳裂纹扩展过程带有很大的随机性,采用Paris-Erdogan公式计算了两端承受均布拉伸载荷的边缘斜裂纹板的疲劳裂纹扩展寿命.裂纹扩展方向采用最大周向应力准则.在此基础上,以材料属性和载荷为随机变量,用随机有限元法结合计算可靠度的四阶矩法,分析了分布参数为任意分布时的疲劳裂纹扩展寿命可靠度对极限寿命的变化规律.通过算例说明本文方法的结果与Monte-Carlo Simulation的结果误差很小,对疲劳设计有一定的指导意义.     

某型航空发动机销钉式叶片固有振动频率的有限元计算

为利用有限元方法计算某型航空发动机低压压气机销钉式转子叶片的固有振动频率,以柔度矩阵法的计算结果为参考,通过约束销钉-销孔接触面上部分节点的自由度,将非线性的接触问题转化成线性问题,满足了有限元法的使用条件。最后,建立了约束自由度的节点面积与销钉-销孔接触面积之间的关系,为利用有限元方法解决类似问题打下了基础。     

考虑动力学特性的航空发动机主轴球轴承热弹流分析

本文中以476728航空发动机主轴球轴承高速重载典型工况为算例,提出一种将轴承动力学分析和热弹流润滑分析相集成的数值算法,打破传统分析中二者在各自领域独立进行的局限性,提高了轴承数值计算的精确度.对比了传统拟动力学分析、集成分析和实验实测的最小膜厚,结果表明:集成分析结果与试验获得数据更为一致,证明本文的算法可行,能够更为准确地判断航空发动机主轴球轴承的润滑状态.探讨了航空发动机主轴球轴承结构参数曲率系数、初始接触角和滚动体数目对轴承接触应力、相对滑动速度、弹流润滑膜压力、膜厚和温度性能的影响,为航空发动机主轴球轴承的结构设计及优化提供重要理论依据.     

Independent research and development progress in large-scale wind turbine blade with coordinated aerodynamics,structure, and load

Abstract According to the three key elements in blade design process, i.e., aerodynamic design, structure design, and load prediction, the independent research and development (R&D) progress of blade design is summarized and analyzed. The calculational fluid dynamics (CFD) method, the vortex method, and the blade element momentum method (BEM) are described. Based on the widely used BEM method, the solutions for the blade design in low-speed wind area are obtained. A brief overview of the traditional design and analysis methods based on beam models is given. The defects of these methods used for simulating the structure of large-scale composite blade are analyzed. The application progress of the finite element method (FEM) used in the blade structure analysis is shown. The effects of load prediction on the blades and entire wind turbine are introduced. The progress in load forecasting is described. With the analysis of the relationship among these three key elements, it is concluded that developing a blade optimization design system with coordinated aerodynamics, structure, and load will truly meet the requirement of high efficiency and low cost. The main directions for further study are pointed out, e.g., high efficiency and low load airfoils, structural nonlinear finite element analysis, aerodynamic structure coupling research, and establishing different design standards. The aim is to establish a blade R&D system suitable for the conditions of wind resources in China and promote the development of wind power in the country.     

基于子集模拟法的风机叶片可靠度分析

风机叶片是风机机组中最重要的组件之一,其可靠性对整个发电系统的健康运行十分关键。传统的蒙特卡罗法可靠度计算效率较低,本文将子集模拟法应用到风机叶片的可靠度计算中,通过合理选取中间失效事件临界值和建议概率密度函数,采用Metropolis算法模拟产生一系列的样本,极大地提高了抽样效率。结果表明,子集模拟法在风机叶片可靠度计算中精度较高,且结构的失效概率越小,相比于传统蒙特卡罗法效率更高,可以极大地减轻计算压力。     

Investigation of horizontal-axis wind turbine (HAWT) blade threedimensional rotational effect based on field experiments

Field experiments are performed on a two-bladed 33 kW horizontal-axis wind turbine (HAWT). The pressures are measured with 191 pressure sensors positioned around the surfaces of seven spanwise section airfoils on one of the two blades. Three-dimensional (3D) and two-dimensional (2D) numerical simulations are performed, respectively, on the rotor and the seven airfoils of the blade. The results are compared with the experimental results of the pressure distribution on the seven airfoils and the lift coefficients. The 3D rotational effect on the blade aerodynamic characteristics is then studied with a numerical approach. Finally, some conclusions are drawn as follows. From the tip to the root of the blade, the experimental differential pressure of the blade section airfoil increases at first and then decreases gradually. The calculated 3D result of the pressure distribution on the blade surface is closer to that of the experiment than the 2D result. The 3D rotational effect has a significant impact on the blade surface flow and the aerodynamic load, leading to an increase of the differential pressure on the airfoils and their lift coefficient than that with the 2D one because of the stall delay. The influence of the 3D rotational effect on the wind turbine blade especially takes place on the sections with flow separation.     

基于美国ASME标准的重载货车车体焊缝疲劳寿命预测

为寻求在设计阶段能较准确地预测重载货车车体焊缝的疲劳寿命评估方法,基于各种标准提供的分析方法对转炉616装甲钢T型焊接接头进行疲劳评估,通过与试验的对比表明,美国ASME标准中的等效结构应力法更能准确预测焊缝的疲劳寿命。为提高某重载运煤敞车车体焊缝的疲劳寿命,建立了包括焊缝在内的敞车车体有限元模型,基于等效结构应力法和AAR标准中的载荷谱,预测了车体关键焊缝的疲劳寿命,其薄弱部位与车体实际发生疲劳裂纹部位基本吻合,依据焊缝的结构应力分布规律的特点,提出的枕梁改进结构可使车体关键焊缝疲劳寿命提高1.7倍。     

基于实测数据的扁平钢箱温度梯度疲劳应力谱分析方法

为研究扁平钢箱梁温度疲劳应力谱,以南溪长江大桥悬索桥主梁为研究对象,基于温度传感器长期实测数据,筛选实测数据的日温度极值,运用广义极值模型描述季节极值概率分布并采用极值外推方法得到设计基准期极值模型。引入拉丁超立方抽样(LHS)法对极值模型进行抽样,得到日温度极值样本。结合日温度极值样本和正弦函数模型,构建服役期内关注点的温度时程曲线。基于有限元ANSYS软件平台,分析不同温度梯度下关注点的应力效应,回归温度梯度与疲劳应力的线性关系式,依据温度梯度时程曲线与线性关系式模型,采用雨流计数法得到钢箱梁温度梯度疲劳应力谱。研究表明,模拟抽样生成的温度样本数据符合温度场的季节变化特征,样本概率模型与实测数据概率模型相对吻合。关注点温度梯度疲劳应力谱能够为扁平钢箱梁疲劳寿命设计提供参考。