航空燃气涡轮发动机碰摩研究现状与展望 被引量：4

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作者 于平超 陶玄君 +3 位作者 刘中华 曾振坤 蒋紫菡 张大义 《航空发动机》 北大核心 2023年第1期1-17,共17页

转静件碰摩是航空发动机中常见的故障现象,对发动机的安全可靠运转具有重要影响。从力学本质上,碰摩具有多物理场耦合、跨尺度和强非线性特征,碰摩结构的动力学行为极为复杂。主要以航空发动机工程需求为出发点,介绍了航空发动机中碰摩... 转静件碰摩是航空发动机中常见的故障现象,对发动机的安全可靠运转具有重要影响。从力学本质上,碰摩具有多物理场耦合、跨尺度和强非线性特征,碰摩结构的动力学行为极为复杂。主要以航空发动机工程需求为出发点,介绍了航空发动机中碰摩类型、碰摩力学效应及其引起的结构件损伤或失效形式;从碰摩局部力学模型和整体力学模型两方面梳理了碰摩动力学建模的主要成果;阐述了转子、叶片-盘-机匣、旋转壳体等结构件在碰摩过程中的非线性动力学行为的研究进展。对今后航空发动机碰摩研究的发展方向和工作重点进行了展望,提出要进一步完善和发展碰摩局部力学行为、跨尺度力学模型和非线性碰摩动力学特性相关理论技术,并针对当前工程亟需建立转静件碰摩损伤评估与危害度评价方法。 展开更多

关键词 碰摩 航空发动机 动力学模型 非线性行为

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激光冲击强化对外物损伤叶片前缘的疲劳强度影响研究 被引量：1

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作者 陆炜鑫 胡殿印 +5 位作者 鄢林 毛建兴 郭小军 单晓明 张永康 王荣桥 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期201-209,共9页

为研究激光冲击强化对某型离心叶轮外物损伤后疲劳强度的影响,设计了反映真实叶片前缘部位的特征模拟件,并结合空气炮法模拟外物损伤,对比有/无激光冲击强化模拟件的高周疲劳试验结果,发现经激光冲击强化处理后,模拟件的疲劳强度提高约... 为研究激光冲击强化对某型离心叶轮外物损伤后疲劳强度的影响,设计了反映真实叶片前缘部位的特征模拟件,并结合空气炮法模拟外物损伤,对比有/无激光冲击强化模拟件的高周疲劳试验结果,发现经激光冲击强化处理后,模拟件的疲劳强度提高约37%。同时,开展了激光冲击强化以及外物损伤后的残余应力/应变场数值仿真,结合Kitagawa-Takahashi(K-T)图法建立了考虑外物损伤与激光冲击强化的疲劳强度预测方法,与试验结果相比平均误差为7.3%,验证了方法的有效性。 展开更多

关键词 离心叶轮 叶片前缘 外物损伤 激光冲击强化 疲劳强度 K-T图法

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变弯度导叶铰接位置对风扇振动特性的影响 被引量：1

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作者 张晓杰 毛建兴 +4 位作者 李洪波 刘茜 赵炎 王荣桥 胡殿印 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期205-217,共13页

针对变弯度导叶尾迹激励引起的转子叶片共振,基于谐响应模态叠加法对风扇转子进行强迫振动分析,研究了不同铰接位置的变弯度导叶对风扇气动性能及其振动特性的影响。结果表明,随着铰接位置向尾缘移动,风扇转子流量、压比和效率增加,稳... 针对变弯度导叶尾迹激励引起的转子叶片共振,基于谐响应模态叠加法对风扇转子进行强迫振动分析,研究了不同铰接位置的变弯度导叶对风扇气动性能及其振动特性的影响。结果表明,随着铰接位置向尾缘移动,风扇转子流量、压比和效率增加,稳定裕度降低,主要影响下游转子叶根部位的进气角度。在气动激励方面,随着铰接位置后移,转子叶片表面的压力幅值增大,相位变化剧烈,通过将非定常气动力转换到模态空间中,可以看到叶片所受模态气动力在铰接位置为35%C (C为轴向弦长)的情况下达到最大值,后呈现先减小后增加的规律,这与振动响应的变化规律一致。铰接位置对所关注的高阶局部模态的气动阻尼影响较小,最大差异为0.046%。在振动响应方面,转子叶片的振动应力随铰接位置剧烈改变,且为非单调变化。在设计位置处叶片的振动应力最小,在35%C处振动应力达到设计位置的15倍。对于本文所研究的模型及工况,最优铰接位置为45%C,与仅考虑气动性能的25%C不同。因此在变弯度导叶设计时,需要考虑其对叶片振动特性的影响。 展开更多

关键词 航空发动机 变弯度导叶 铰接位置 强迫振动 尾迹激励 气动阻尼 共振

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径向可倾瓦轴承静态特性分析

4

作者 韩院涛 张大义 +3 位作者 赵镇瑶 梁智超 孙赫 张靖煊 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期203-218,共16页

径向可倾瓦轴承具有承载范围大、耐冲击、稳定性好等优点,广泛应用于大型高速旋转机械。为了选用合适参数的轴承,需要对比分析不同参数轴承的静态特性。本文通过有限差分法求解二维Reynolds方程,建立了详细的径向可倾瓦轴承油膜力求解流... 径向可倾瓦轴承具有承载范围大、耐冲击、稳定性好等优点,广泛应用于大型高速旋转机械。为了选用合适参数的轴承,需要对比分析不同参数轴承的静态特性。本文通过有限差分法求解二维Reynolds方程,建立了详细的径向可倾瓦轴承油膜力求解流程,在此基础上获得了轴承的流量、功率损耗、温升等静态特性,进而研究轴承关键参数对静态特性的影响规律。结果表明:可倾瓦轴承的承载力随着偏心率增大非线性增大,主要承载瓦的流量减小,功率损耗和油膜温升增大。宽径比和预负荷系数的增大可以提高轴承的承载力,但功率损耗以及油膜温升也增大;瓦块的支点最好置于瓦块中心位置,以提高承载力;瓦块数量增多可使油膜温升降低,但会降低承载能力。提出了非对称可倾瓦轴承,与对称瓦轴承相比,下瓦包角增大20%的非对称轴承,可使承载力提升31%,油膜温升降低16%。 展开更多

关键词 径向可倾瓦轴承 油膜力 静态特性 关键参数 非对称瓦

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基于拓扑优化的叶盘压电阻尼器性能研究 被引量：2

5

作者 李琳 田开元 +1 位作者 范雨 马皓晔 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1831-1840,共10页

针对压电分支阻尼技术在航空发动机叶盘结构振动抑制问题中的应用,提出了一种拓扑优化方法,可给出限定用量的压电材料在轮盘上的最佳位置,以提升压电分支阻尼的上限。在轮盘上布置压电材料还可防止对叶片通道内流场的影响,避免降低流体... 针对压电分支阻尼技术在航空发动机叶盘结构振动抑制问题中的应用,提出了一种拓扑优化方法,可给出限定用量的压电材料在轮盘上的最佳位置,以提升压电分支阻尼的上限。在轮盘上布置压电材料还可防止对叶片通道内流场的影响,避免降低流体效率。首先,论述了该拓扑优化方法的原理,推导了模态机电耦合系数这一核心参数的计算公式及其与最佳阻尼比、模态应变场的关系。其次,建立了基于模态应变场的压电材料分布拓扑优化方法,可用于任意有限元模型。最后,将该优化方法应用于一个航空发动机压气机叶盘结构模型,分别针对单一和多阶模态进行了压电材料在轮盘上分布的拓扑优化,研究这种铺设方式对各典型模态(轮盘主导、叶片主导、耦合振动)的振动抑制效果。结果表明,在仅采用占轮盘质量5%的压电材料的情况下,优化后的压电阻尼器最多可以为轮盘振动主导模态及叶片-轮盘耦合振动模态提供约13%的模态阻尼比,为叶片主导模态提供的模态阻尼比集中在2%~4%。 展开更多

关键词 压电分支阻尼 叶盘结构 振动抑制 机电耦合系数 拓扑优化

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基于光纤光栅变形光谱的疲劳裂纹扩展监测方法 被引量：5

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作者 赵炎 胡殿印 +2 位作者 石炜 张卫方 徐毅 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期377-385,共9页

为研究金属疲劳裂纹扩展的在线监测技术,基于改进传输矩阵的光谱模拟方法,建立反映光纤布拉格光栅(FBG)光谱变形机理的裂纹扩展在线监测方法。研制了疲劳裂纹扩展在线监测系统平台,提出基于平移不变量小波法的试验光谱去噪方法,解决试... 为研究金属疲劳裂纹扩展的在线监测技术,基于改进传输矩阵的光谱模拟方法,建立反映光纤布拉格光栅(FBG)光谱变形机理的裂纹扩展在线监测方法。研制了疲劳裂纹扩展在线监测系统平台,提出基于平移不变量小波法的试验光谱去噪方法,解决试验光谱信号中非连续与快速变化点难以平滑的问题;提出仅与裂纹扩展状态相关的FBG光谱面积参数,克服了光谱中心波长、光谱带宽等传统特征参数仅适用于恒定外载与恒定温度或对裂纹不敏感的局限性,给出基于光谱面积曲线拐点的裂纹扩展状态判定依据。 展开更多

关键词 光纤光栅传感器 光谱变形机理 疲劳裂纹扩展 结构健康监测 光谱面积

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孔挤压强化工艺参数对GH4169高温合金疲劳寿命影响分析 被引量：3

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作者 肖值兴 毛建兴 +2 位作者 胡殿印 王欣 王荣桥 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期61-67,共7页

为探究孔挤压强化工艺参数对镍基高温合金GH4169低周疲劳寿命的影响规律,首先建立了经试验验证的孔挤压强化后GH4169带孔平板低周疲劳寿命模型,在此基础上研究了600℃、820MPa、应力比0.1条件下挤压量、前导角、后导角、摩擦因数、芯棒... 为探究孔挤压强化工艺参数对镍基高温合金GH4169低周疲劳寿命的影响规律,首先建立了经试验验证的孔挤压强化后GH4169带孔平板低周疲劳寿命模型,在此基础上研究了600℃、820MPa、应力比0.1条件下挤压量、前导角、后导角、摩擦因数、芯棒材料等典型工艺参数对孔挤压强化后疲劳寿命的影响规律。结果表明:提高挤压量能明显提升疲劳寿命,但过大的挤压量会导致疲劳寿命下降;增加前导角有助于改善挤入面疲劳寿命;后导角对疲劳寿命没有影响;摩擦因数的提高会对孔挤压强化效益产生负面影响;芯棒材料的屈服强度应大于被挤压材料。 展开更多

关键词 孔结构 挤压强化 镍基高温合金 数值模拟 工艺参数 低周疲劳寿命

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涡轮榫接疲劳寿命评估及验证:研究现状及展望 被引量：1

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作者 胡殿印 鄢林 +4 位作者 李鑫 张晓杰 毛建兴 古远兴 王荣桥 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期573-588,共16页

介绍了涡轮榫接结构疲劳寿命评估技术的研究现状,分别从多场载荷分析、裂纹萌生寿命评估、裂纹扩展模拟和试验技术等方面探讨了现有研究的进展、不足以及发展趋势,重点论述了涡轮榫接结构使用寿命和损伤容限的评估方法。结果表明:现有... 介绍了涡轮榫接结构疲劳寿命评估技术的研究现状,分别从多场载荷分析、裂纹萌生寿命评估、裂纹扩展模拟和试验技术等方面探讨了现有研究的进展、不足以及发展趋势,重点论述了涡轮榫接结构使用寿命和损伤容限的评估方法。结果表明:现有的分析和试验方法能基本实现涡轮榫接的疲劳寿命评估,但由于各种局限性,工程适用性亟待提高,仍需稳健的载荷降阶分析方法、基于物理机制和数据驱动的寿命评估方法、载荷历程相关的裂纹扩展寿命评估方法和复杂热力环境下的试验技术,从而建立先进航空发动机涡轮榫接结构疲劳寿命评估及验证体系。 展开更多

关键词 涡轮榫接 多场载荷 复合疲劳 裂纹萌生 裂纹扩展 试验验证

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考虑盘片耦合的缘板阻尼器减振性能分析方法 被引量：2

9

作者 高钱 李琳 +1 位作者 吴亚光 范雨 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期336-347,共12页

叶盘结构趋于轻薄,盘片耦合振动不能忽略。为了揭示缘板阻尼器对叶盘不同节径模态减振性能的影响规律,建立了考虑缘板转动的叶盘-缘板阻尼器集中参数模型,采用结合解析雅可比矩阵的多阶谐波平衡法求解稳态响应,利用非线性周期减缩技术,... 叶盘结构趋于轻薄,盘片耦合振动不能忽略。为了揭示缘板阻尼器对叶盘不同节径模态减振性能的影响规律,建立了考虑缘板转动的叶盘-缘板阻尼器集中参数模型,采用结合解析雅可比矩阵的多阶谐波平衡法求解稳态响应,利用非线性周期减缩技术,在不损失精度的情况下使计算效率提高至少3倍以上。研究结果表明,针对叶片主导的一阶弯曲模态,缘板阻尼器总体上对节径数越高的模态阻尼效果越好,但在盘片耦合区阻尼效果显著下降,约为25%~50%;此外,忽略缘板的转动效应可能导致对阻尼器减振效果高估约70%~100%。 展开更多

关键词 缘板阻尼器 盘片耦合 周期减缩 多谐波平衡法 雅可比矩阵

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径向支承刚度非对称转子系统振动特性分析 被引量：4

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作者 曾振坤 张大义 +1 位作者 黄巍 杨诚 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期250-259,共10页

为研究径向支承刚度非对称对航空发动机转子系统的影响,采用集中参数模型和有限元理论建立此类转子振动特性的求解方法,研究关键影响参数及影响规律。结果表明:支承刚度非对称导致转子系统在两正交方向质量刚度特性不同,使稳态响应相位... 为研究径向支承刚度非对称对航空发动机转子系统的影响,采用集中参数模型和有限元理论建立此类转子振动特性的求解方法,研究关键影响参数及影响规律。结果表明:支承刚度非对称导致转子系统在两正交方向质量刚度特性不同,使稳态响应相位非同步变化和幅值差异,这是引发转子反进动涡动和椭圆形轴心轨迹的内在原因。增大支承刚度非对称程度使转子椭圆进动轨迹离心率增大,各阶临界转速单调变化;增大支承阻尼能有利于降低支承刚度非对称对转子响应幅值和进动状态的不利影响;利用ANSYS求解刚度非对称转子系统的多阶模态频率误差不大于0.3%,稳态响应峰值误差不大于0.96%,验证了利用ANSYS求解的可行性。 展开更多

关键词 支承刚度 刚度非对称 临界转速 不平衡响应 有限元

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变循环调节机构发展现状及关键技术 被引量：1

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作者 冯子轩 毛建兴 胡殿印 《航空发动机》 北大核心 2023年第1期18-26,共9页

变循环发动机可通过改变热力循环特性,实现更宽的工作范围和满足更多的战斗任务需求;调节机构是实现模式切换的执行机构,其设计技术发展伴随发动机整个研制历程。以变循环发动机跨代发展为主线,聚焦调节机构目标功能及结构方案演变,系... 变循环发动机可通过改变热力循环特性,实现更宽的工作范围和满足更多的战斗任务需求;调节机构是实现模式切换的执行机构,其设计技术发展伴随发动机整个研制历程。以变循环发动机跨代发展为主线,聚焦调节机构目标功能及结构方案演变,系统梳理了调节机构的发展历程、功能分类及设计要求。调节机构构型设计以低泄漏量、高调节精度、快速响应和可靠安装为总体要求,需进一步考虑未来发动机高热力负荷与紧凑布局引入的挑战与约束;在仿真分析方面,流固耦合分析应侧重解决几何特征复杂、结构柔性、空间跨度大、瞬态特征显著导致的网格畸变、收敛性降低问题,动力学仿真分析需重点聚焦关键件柔性变形、装配间隙、尺寸公差、传动摩擦等因素对机构卡滞、调节精度的影响;在试验验证方面,需进一步突破瞬态调节过程中温度、机械负载试验室模拟技术,加强试验室模拟验证能力,实现调节机构故障定位、误差归因。该研究对变循环调节机构设计、研制及相关理论、方法、技术发展具有一定指导意义。 展开更多

关键词 变循环发动机 调节机构 流固耦合 动力学仿真 机构可行性验证 关键技术

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考虑应力比及温度影响的粉末高温合金短裂纹扩展模型研究

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作者 徐宇飞 胡殿印 +3 位作者 毛建兴 刘新灵 孙海鹤 王荣桥 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期232-239,共8页

短裂纹扩展已成为先进粉末涡轮盘疲劳寿命预测的关键,为了准确模拟粉末高温合金材料短裂纹扩展阶段,针对FGH96粉末高温合金,重点关注应力比、温度对短裂纹扩展的影响规律,建立了一种工程适用的、基于Tanaka模型修正的短裂纹扩展寿命预... 短裂纹扩展已成为先进粉末涡轮盘疲劳寿命预测的关键,为了准确模拟粉末高温合金材料短裂纹扩展阶段,针对FGH96粉末高温合金,重点关注应力比、温度对短裂纹扩展的影响规律,建立了一种工程适用的、基于Tanaka模型修正的短裂纹扩展寿命预测方法。模型采用裂纹闭合参数表征应力比影响、采用热力学理论表征温度影响,实现了不同应力比、温度条件下短裂纹扩展规律的统一描述,相比于传统模型在预测精度、工程适用性方面具有显著优势,与试验结果的相对误差小于20%。 展开更多

关键词 粉末高温合金 短裂纹扩展 工程适用 Tanaka模型 寿命预测

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变温热处理过程的相场模拟及其参数标定

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作者 王婵 石磊 +1 位作者 石多奇 杨晓光 《航空工程进展》 CSCD 2019年第2期255-262,共8页

航空发动机双性能涡轮盘热处理工艺的研究,大多采用试验的方法建立涡轮盘合金的热处理工艺数据库,但试验法的研究周期长、成本高,提出一种可用于预测变温热处理过程中晶粒演化行为的相场模型。为了模拟不同热处理温度下高温合金的晶粒... 航空发动机双性能涡轮盘热处理工艺的研究,大多采用试验的方法建立涡轮盘合金的热处理工艺数据库,但试验法的研究周期长、成本高,提出一种可用于预测变温热处理过程中晶粒演化行为的相场模型。为了模拟不同热处理温度下高温合金的晶粒演化行为,对相场模型进行改进,在相场模型中引入Arrhenius关系,用于描述高温合金晶界运动与温度的量化关系。基于改进的相场模型和拟合的模型参数,计算分析热处理过程中晶粒尺寸的变化和形貌演化规律。结果表明:计算数据与试验数据吻合,晶粒的演化规律与理论分析和试验观察结果一致,证明了拟合的Arrhenius关系中的晶界迁移速率M适用于模拟相应温度下的热处理过程,同时,以上结果也验证了该模型改进方法的可行性及其拟合参数的准确性。 展开更多

关键词 航空发动机涡轮盘 晶粒演化 相场模型 Arrhenius关系 晶界迁移率 热处理

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