《航空涡喷、涡扇发动机 结构设计准则 研究报告 第3册 叶片》求取 ⇩

第1章绪论1

1.1 引言1

1.2 编制目的1

1.3 国外概况1

1.4 内容提要2

参考文献4

第2章载荷和载荷谱5

2.1 引言5

2.2作用于叶片上的载荷5

2.2.1 压气机（含风扇）叶片上的载荷5

2.2.2 涡轮转子叶片上的载荷5

2.2.3 叶片上载荷的计算5

2.3 发动机工作包线与叶片强度、寿命计算状态8

2.4叶片结构设计对载荷的要求9

2.4.1 探索研究阶段结构设计对载荷的要求9

2.4.2 先期发展阶段结构设计对载荷的要求11

2.4.3 工程研制阶段结构设计对载荷的要求12

2.5叶片载荷谱12

2.5.1 估算叶片设计使用寿命用的载荷谱13

2.5.2 飞行载荷谱与发动机寿命试验13

2.5.3 持久试车和加速任务试车用的载荷谱15

2.5.4 定寿延寿用的载荷谱15

参考文献16

第3章典型结构和新结构17

3.1 引言17

3.2压气机工作叶片18

3.2.1 压气机工作叶片叶身18

3.2.2 压气机工作叶片与轮盘的连接23

3.2.3 工作叶片在榫槽中的锁定24

3.2.4 整体叶盘（Blisk）27

3.3压气机静子叶片27

3.3.1 叶片形状28

3.3.2 静子叶片与整流器内、外环的连接结构28

3.3.3 整流器与机匣、封严环间的连接29

3.4涡轮工作叶片29

3.4.1 涡轮工作叶片的叶身30

3.4.2 榫头（叶根）32

3.4.3 中间叶根33

3.4.4 叶片在轮盘中的锁定34

3.4.5 涡轮的整体叶盘34

3.4.6 叶片用的减振阻尼块34

3.4.7 涡轮工作叶片的冷却34

3.4.8 工作叶片毛坯加工方法35

3.5涡轮导向器叶片36

3.5.1 传力导向器36

3.5.2 不传力的导向器37

3.5.3 复合倾斜的导向器叶片38

3.5.4 导向器叶片的冷却结构38

参考文献39

第4章典型故障模式和影响分析（FMEA/FMECA）67

4.1 引言67

4.2 故障实例67

4.3 故障模式和影响分析表69

参考文献69

第5章设计准则80

5.1 引言80

5.2满足静强度和变形的要求81

5.2.1 强度储备的确定原则81

5.2.2 发动机设计中的限制载荷和极限载荷83

5.2.3 对发动机叶片强度和变形的设计要求84

5.3提供足够的低循环疲劳寿命86

5.3.1 叶片上的载荷状态87

5.3.2 转子叶片低循环疲劳设计要求与保证88

5.3.3 静子叶片的设计要求与保证93

5.3.4 低循环疲劳寿命预测、验证及材料数据要求96

5.4防止高循环疲劳97

5.4.1 防止共振98

5.4.2 防止颤振102

5.4.3 防止抖振106

5.4.4 高循环疲劳107

5.5提供足够的蠕变/应力断裂寿命110

5.5.1 蠕变载荷状态110

5.5.2 叶片抗蠕变设计要求与保证112

5.5.3 叶片蠕变计算、试验和评估要求118

5.6提供足够的抗氧化/腐蚀能力122

5.6.1 压气机叶片的腐蚀环境分析122

5.6.2 压气机叶片的选材及相应的防护措施123

5.6.3 涡轮叶片的热腐蚀124

5.6.4 涡轮叶片的防护涂层126

5.6.5 隔热涂层叶片寿命研究129

5.7提供足够的抗外物损伤能力132

5.7.1 外物对叶片损伤的形式与后果132

5.7.2 材料及叶片结构形式的考虑133

5.7.3 叶片外物损伤变量预测和限制133

5.7.4 抗外物损伤能力的保证和考虑136

参考文献137

第6章设计分析方法139

6.1 引言139

6.2叶片常规计算方法——名义应力法140

6.2.1 由叶片离心力所引起的应力140

6.2.2 气动力产生的弯矩140

6.2.3 由离心力产生的弯矩141

6.2.4 离心力弯矩对气动力弯矩补偿141

6.2.5 叶片截面面积、重心坐标、惯性矩及叶片截面的抗弯断面系数的确定142

6.2.6 叶片的弯曲应力142

6.2.7 涡轮叶片的计算特点142

6.2.8 叶片榫头强度计算142

6.3叶片线弹性和热弹性有限元分析方法144

6.3.1 叶片用薄壳单元的线弹性分析方法144

6.3.2 叶片用厚壳单元的线弹性分析方法146

6.3.3 叶片三维热弹性有限元分析方法146

6.4叶片三维热弹塑性和蠕变有限元分析方法150

6.4.1 叶片三维热弹塑性有限元分析方法150

6.4.2 叶片三维热弹塑性蠕变有限元分析方法154

6.5定向结晶和单晶涡轮叶片的热弹性蠕变有限元分析方法158

6.5.1 定向结晶材料叶片的本构关系159

6.5.2 确定定向结晶叶片工程弹性常数的wells方法162

6.5.3 各向异性叶片材料的弹塑性矩阵[Dep]168

6.5.4 各向异性材料叶片的蠕变计算分析方法171

6.6叶片的接触分析171

6.6.1 计算模型和总体坐标系的选取171

6.6.2 边界条件处理及方程组的形成171

6.6.3 接触类型的判定175

6.6.4 方程组求解175

6.7叶片振动分析176

6.7.1 固有振动特性的有限元分析176

6.7.2 叶片共振分析179

6.7.3 叶片振动响应分析181

6.8叶/盘耦合振动184

6.8.1 用模群法分析叶/盘耦合振动184

6.8.2 子结构联立迭代法与旋转态叶/盘耦合动力分析185

6.8.3 叶/盘共振185

6.9叶片颤振分析186

6.9.1 颤振发作的判据186

6.9.2 叶片弯扭耦合颤振计算188

6.9.3 叶片颤振预估计算190

6.10高循环疲劳分析193

6.10.1 高循环疲劳特征194

6.10.2 等寿命设计方法194

6.10.3 多向疲劳应力199

6.11叶片蠕变/应力断裂寿命预测方法201

6.11.1 寿命计算分析方法201

6.11.2 涡轮叶片蠕变寿命预测205

6.12叶片低循环疲劳寿命预测方法208

6.12.1 低循环疲劳基本知识209

6.12.2 基于Manson-Coffin方程的低循环疲劳寿命预测方法211

6.12.3 时间和循环分数法216

6.12.4 应变范围划分（SRP）法216

6.13叶片结构设计分析中的推荐程序218

6.13.1 MSC/NASTRAN大型通用程序的功能和特点219

6.13.2 ABAQUS大型非线性通用程序功能和特点220

参考文献220

第7章材料和工艺222

7.1 引言222

7.2叶片材料的选择原则222

7.2.1 压气机转子叶片材料的选择222

7.2.2 压气机静子叶片材料的选择223

7.2.3 涡轮转子叶片材料的选择223

7.2.4 涡轮导向叶片材料的选择224

7.2.5 叶片选材的代料原则225

7.3对叶片材料的要求225

7.3.1 对叶片材料性能参数的要求225

7.3.2 对叶片材料在冶金工艺等方面的要求228

7.3.3 材料数据库清单的制订229

7.4关键工艺及对材料性能的影响230

7.4.1 毛坯工艺230

7.4.2 焊接231

7.4.3 热处理232

7.4.4 小孔加工232

7.4.5 表面最终加工工艺233

7.4.6 喷丸和涂层233

7.5叶片表面强化和保护要求234

7.5.1 叶片表面层质量234

7.5.2 叶片表面强化与保护234

7.5.3 叶片涂层材料的选择235

7.5.4 叶片材料的薄壁效应与设计要求235

7.6延寿措施及其对材料、工艺的要求235

7.6.1 表面涂层236

7.6.2 防止微动磨损236

参考文献237

第8章试验验证238

8.1 引言238

8.2试验类别、方法、设备及测量239

8.2.1 试验类别239

8.2.2 仪器测量方法的有效性239

8.2.3 测试手段240

8.3应力及变形测量试验243

8.3.1 目的243

8.3.2 内容243

8.3.3 方法243

8.4结构光弹模型试验244

8.4.1 目的244

8.4.2 内容244

8.4.3 方法244

8.5振动特性试验245

8.5.1 目的245

8.5.2 内容246

8.5.3 方法247

8.6叶/盘耦合振动试验247

8.6.1 目的247

8.6.2 内容及方法247

8.7高循环疲劳试验249

8.7.1 目的249

8.7.2 内容249

8.7.3 方法249

8.8低循环疲劳试验与结构疲劳试验250

8.8.1 目的250

8.8.2 内容及方法250

8.9气冷叶片的专项试验251

8.9.1 目的251

8.9.2 内容及方法251

8.10转子叶片部件及台架的试验252

8.10.1 目的252

8.10.2 内容及方法252

8.11静子叶片台架试验258

8.11.1 目的258

8.11.2 内容及方法258

8.12抗外物损伤试验260

8.12.1 目的260

8.12.2 内容260

8.12.3 方法260

8.13试车及飞行考核试验中的监测与监控260

8.13.1 目的261

8.13.2 内容261

8.13.3 方法261

参考文献262

第9章评定标准263

9.1 引言263

9.2应力标准263

9.2.1 屈服263

9.2.2 蠕变264

9.2.3 持久强度264

9.3短期变形限制标准268

9.3.1 弹性变形268

9.3.2 转子完整性268

9.4蠕变变形限制标准269

9.4.1 叶片蠕变伸长量269

9.4.2 叶片蠕变翘曲269

9.5振动和疲劳强度评定标准269

9.5.1 振动269

9.5.2 疲劳强度270

9.6颤振评定标准272

9.6.1 亚/跨音失速颤振272

9.6.2 超音速非失速颤振273

9.6.3 A100型颤振273

9.6.4 超音速失速颤振273

9.6.5 堵塞颤振273

9.7低循环疲劳寿命评定标准274

9.7.1 安全寿命要求275

9.7.2 低循环疲劳寿命评定275

9.7.3 损伤容限要求275

9.8吞鸟和外来物/内来物损伤评定标准276

9.8.1 吞鸟276

9.8.2 外来物/内来物277

参考文献277

第10章风险评定279

10.1 引言279

10.2风险定义及风险评定目的和要求280

10.2.1 风险定义280

10.2.2 风险评定的影响因素280

10.2.3 风险评定目的280

10.3叶片风险评定办法281

10.3.1 叶片风险评定的阶段与目标281

10.3.2 叶片风险评定的基本方法283

10.3.3 叶片风险评定的主要内容283

10.4 叶片风险评定试例283

参考文献290

第11章计划网络291

11.1 引言291

11.2探索研究阶段291

11.2.1 初步分析和设计291

11.2.2 可行性试验和分析292

11.3先期发展阶段293

11.3.1 初步评定293

11.3.2 部件设计和验证294

11.3.3 试验机试验验证295

11.4工程研制阶段295

11.4.1 叶片结构设计要求296

11.4.2 发动机初步设计296

11.4.3 气动和结构试验器试验297

11.4.4 全台发动机结构的环境验证298

11.4.5 飞行考核试验298

11.4.6 发动机工作寿命评定299

11.5叶片结构设计准则计划网络框图299

11.5.1 探索研究阶段网络框图299

11.5.2 先期发展阶段网络框图299

11.5.3 工程研制阶段网络框图299

参考文献303