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不同金属硬物冲击航空发动机叶片损伤研究 被引量:10
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作者 舒畅 程铭 +5 位作者 许煜 刘景元 李培源 王伟 张文俊 程礼 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期18-29,共12页
为分析不同金属硬物对航空发动机风扇叶片造成的外物损伤特征差异,选取钢、铜、铝、铅四种材料弹珠作为外来物,以两种角度、多种速度冲击真实叶片进气边缘进行高速弹道冲击试验,并采用数值方法仿真动态损伤过程。结果表明:钢、铜珠冲击... 为分析不同金属硬物对航空发动机风扇叶片造成的外物损伤特征差异,选取钢、铜、铝、铅四种材料弹珠作为外来物,以两种角度、多种速度冲击真实叶片进气边缘进行高速弹道冲击试验,并采用数值方法仿真动态损伤过程。结果表明:钢、铜珠冲击时,叶片损伤形貌可分为凹坑、撕裂和缺口,产生撕裂形貌时,小角度相比于大角度冲击需要更高的冲击速度,铜珠相比于钢珠冲击需要更高的速度;铝、铅珠因冲击时自身变形较大,对叶片只能造成挤压变形。仿真结果表明:在2.2J冲击能量条件下,铜珠、钢珠造成叶片撕裂损伤的过程中存在两个显著的接触力峰值,且伴随着"动能回升"现象;铜珠动能较多地转化为叶片和自身的应变能,因而对叶片的侵彻能力不如钢珠;铝珠冲击力峰值最大,其动能转化为自身应变能的比例最高;铅珠冲击力峰值不明显,其动能大部分转化为摩擦耗散的热量。 展开更多
关键词 外物损伤(fod) 风扇叶片 弹道冲击 损伤模拟 损伤形貌 动力学响应
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虑及高循环疲劳的裂纹型外物损伤叶片的可用极限 被引量:9
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作者 贾旭 胡绪腾 宋迎东 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期292-304,共13页
为了发展一种航空发动机钛合金风扇/压气机叶片外物损伤(FOD)可用极限的确定方法,对典型叶片的可用极限进行了调研,基于裂纹门槛值原理建立了应力比相关的FOD裂纹不扩展等值曲线图,根据TC4钛合金不同应力比下材料的疲劳耐久性极限强度... 为了发展一种航空发动机钛合金风扇/压气机叶片外物损伤(FOD)可用极限的确定方法,对典型叶片的可用极限进行了调研,基于裂纹门槛值原理建立了应力比相关的FOD裂纹不扩展等值曲线图,根据TC4钛合金不同应力比下材料的疲劳耐久性极限强度对比了两种裂纹不扩展判据的适用性,通过该方法确定了一种典型风扇叶片撕裂/裂纹型外物损伤的可用极限。结果表明:现有维修手册中对叶片不同区域不同类型FOD的可用极限要求不同,FOD可用极限的主要限制尺寸为损伤深度,深度限制一般在1mm以内。通过裂纹不扩展等值曲线图确定的典型风扇叶片撕裂/裂纹型FOD可用极限分布在0.020~0.525mm内,可用极限沿叶片展向分布可分为三个区域:叶根区可用极限约0.08mm,叶中区可用极限约0.3mm,叶尖区可用极限约0.5mm,越靠近叶根可用极限越小。 展开更多
关键词 外物损伤(fod) 钛合金 风扇/压气机叶片 可用极限 裂纹门槛值
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外物形状对发动机叶片中残余应力场的影响分析 被引量:8
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作者 尹冬梅 钱林方 +1 位作者 栗保明 徐亚栋 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期355-360,共6页
综合运用显、隐式有限元算法对航空发动机叶片进气边受不同形状外物的撞击进行数值分析,在Ansys/LS-DYNA中进行不同形状外物撞击的瞬态显式分析,然后通过显—隐式算法的转换,获得受不同形状的外物撞击后叶片中的残余应力场分布。结果表... 综合运用显、隐式有限元算法对航空发动机叶片进气边受不同形状外物的撞击进行数值分析,在Ansys/LS-DYNA中进行不同形状外物撞击的瞬态显式分析,然后通过显—隐式算法的转换,获得受不同形状的外物撞击后叶片中的残余应力场分布。结果表明,外物的形状对叶片所受的损伤是有影响的,外物撞击部位的形状越尖锐,撞击叶片后叶片中分布的最大残余拉应力值越大,导致叶片的抗疲劳强度受削弱较大;几何外形相近的外物撞击后,叶片中的残余应力场分布趋势相近。 展开更多
关键词 外物损伤 有限元法 残余应力 数值模拟 叶片 接触/撞击
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FOD缺口型损伤对TC4疲劳极限强度的影响 被引量:7
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作者 贾旭 胡绪腾 +2 位作者 朱自佳 嵇大伟 宋迎东 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1584-1594,共11页
针对TC4钛合金风扇/压气机叶片前缘常遭受的外物损伤(FOD)缺口型损伤,进行了不同冲击角度下高速弹道冲击试验研究、损伤特征与应力集中分析,开展了冲击后不处理和冲击后去残余应力退火试样的高循环疲劳试验和疲劳极限强度预测。结果表明... 针对TC4钛合金风扇/压气机叶片前缘常遭受的外物损伤(FOD)缺口型损伤,进行了不同冲击角度下高速弹道冲击试验研究、损伤特征与应力集中分析,开展了冲击后不处理和冲击后去残余应力退火试样的高循环疲劳试验和疲劳极限强度预测。结果表明:随着冲击角度的增大入射侧损伤尺寸和应力集中系数基本保持不变,出射侧缺口损伤深度和损伤长度减小。损伤深度范围为0.6~1.5mm,应力集中系数范围为2.6~3.4。缺口型损伤试样的疲劳极限强度下降为光滑试样的27%~53%,与应力集中系数并不是呈反比关系。退火试样的高循环疲劳(HCF)性能或略微下降或基本不变,表明残余应力影响较小,残余应力对疲劳极限强度的影响程度不足光滑试样的10%。缺口型损伤试样的HCF性能与损伤底部半径的相关性不明显,随着最大损伤深度和损伤长度的增加而下降,表明制定维修手册时应着重考虑缺口型损伤的最大深度和损伤长度。Peterson经验公式对HCF性能的预测精度不理想,误差最大为45%,需要发展高精度的FOD缺口型损伤构件HCF性能预测方法。 展开更多
关键词 外物损伤(fod) 弹道冲击 TC4钛合金 疲劳极限强度(FLS) 损伤特征 疲劳预测
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凹坑型硬物损伤对TC4材料疲劳强度的影响 被引量:7
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作者 胡绪腾 贾旭 +2 位作者 朱自佳 嵇大伟 宋迎东 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期969-979,共11页
针对风扇/压气机叶片中叶盆/叶背遭受的硬物损伤(FOD)凹坑型损伤,进行了不同冲击角度下模拟FOD试验、损伤特征与应力集中分析,开展了冲击后不处理和冲击后去残余应力退火试样的高循环疲劳试验研究和疲劳强度的预测。结果表明:损伤深度... 针对风扇/压气机叶片中叶盆/叶背遭受的硬物损伤(FOD)凹坑型损伤,进行了不同冲击角度下模拟FOD试验、损伤特征与应力集中分析,开展了冲击后不处理和冲击后去残余应力退火试样的高循环疲劳试验研究和疲劳强度的预测。结果表明:损伤深度和应力集中系数均随着冲击角度的增加而变大,损伤深度范围为0.1~0.5mm,应力集中系数范围为1.3~1.7。不同冲击角度条件下,凹坑型损伤试样疲劳强度相对光滑试样下降程度在50%~70%范围内,与应力集中系数并不是呈单调下降关系,最危险冲击角为60°。去残余应力退火后凹坑型损伤试样的高循环疲劳(HCF)性能有所提高,表明残余应力的影响程度不容忽略。去残余应力试样的HCF性能并不是随应力集中系数的增大而下降,验证了微结构损伤的影响,说明损伤深度作为制定可用极限或维修极限的唯一参量具有一定的局限性。对凹坑型损伤试样的疲劳强度的预测误差在±20%以内。 展开更多
关键词 硬物损伤(fod) 弹道冲击 TC4钛合金 疲劳强度 损伤特征 疲劳预测
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叶片受软体和硬体外物撞击的损伤分析 被引量:6
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作者 尹冬梅 钱林方 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期6-9,13,共5页
针对发动机叶片常遭受外物的撞击损伤,不同材料的外物的撞击损伤存在着差别。从能量守恒和基本水动力学的角度分析了软体和硬体撞击叶片时的不同的撞击载荷模型。通过在LS-DYNA中就软体(以明胶为例)和硬体(以砂石为例)外物对叶片的撞击... 针对发动机叶片常遭受外物的撞击损伤,不同材料的外物的撞击损伤存在着差别。从能量守恒和基本水动力学的角度分析了软体和硬体撞击叶片时的不同的撞击载荷模型。通过在LS-DYNA中就软体(以明胶为例)和硬体(以砂石为例)外物对叶片的撞击损伤过程进行了数值仿真分析。结果表明:在相同的初始撞击能量、相同的撞击速度及相同的撞击入射角度下,砂石撞击叶片时的撞击接触力幅值较大,但持续时间较明胶撞击时的要短,在撞击瞬间砂石和叶片获得最大的应变能。撞击过程中,由于明胶发生了流变,其对叶片产生的局部损伤比砂石要小。 展开更多
关键词 叶片 数值分析 外物损伤 撞击
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树脂基复合材料在民用航空发动机中的应用与关键技术研究进展 被引量:1
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作者 张超 曹勇 +4 位作者 赵振强 张海洋 孙建波 王志华 蔚夺魁 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1-18,共18页
纤维增强树脂基复合材料对于改善航空发动机推重比、燃油经济性及节能环保具有重要意义。本文介绍了树脂基复合材料在民用航空发动机上的应用情况,总结了航空发动机复合材料风扇机匣和风扇叶片面临的挑战与关键技术问题,包括复杂曲面预... 纤维增强树脂基复合材料对于改善航空发动机推重比、燃油经济性及节能环保具有重要意义。本文介绍了树脂基复合材料在民用航空发动机上的应用情况,总结了航空发动机复合材料风扇机匣和风扇叶片面临的挑战与关键技术问题,包括复杂曲面预制体设计技术、复合材料异形结构高精度制备技术、复合材料结构多尺度建模与精细化仿真以及复合材料机匣的包容性设计准则等。结合目前研究热点展望了可应用于航空发动机复合材料结构研制的新思路和新技术。 展开更多
关键词 航空发动机 树脂基复合材料 风扇机匣 叶片 包容性设计 多尺度分析 外物损伤(fod)
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SMA应用于机场道面的室内实验 被引量:2
8
作者 熊梅 廖云 《科学技术与工程》 北大核心 2014年第28期291-297,共7页
以三种SMA级配以及机场密级配拌和EVA改性沥青黏结料进行各项沥青混凝土工程性质试验,并以Cantabro磨损试验评估机场道面抵抗剥脱能力,以英式摆锤试验(BPT)和铺砂法量测平均纹理深度来评估机场道面的抗滑特性,且比较不同载重状况下各级... 以三种SMA级配以及机场密级配拌和EVA改性沥青黏结料进行各项沥青混凝土工程性质试验,并以Cantabro磨损试验评估机场道面抵抗剥脱能力,以英式摆锤试验(BPT)和铺砂法量测平均纹理深度来评估机场道面的抗滑特性,且比较不同载重状况下各级配沥青混凝土抵抗车辙变形的能力,以找出最适合铺筑于机场道面的沥青混凝土。结果表明,SMA级配有较好的抗磨损、抗滑及抵抗车辙的能力。在抗滑特性上发现,公称最大粒径较大的SMA级配,较能在路面含水时提供较佳的抗滑特性。在试件未受水侵害的情况下,密级配的Cantabro磨损率明显较SMA级配高,受到水侵害1 d后发现,大致有级配越粗磨损率越大的趋势。随着载重的增加,各级配的车辙深度也会显著增加,并发现受到7天水侵害的试件的车辙深度会明显提高。抵抗各种载重的车辙能力大致以12.5 mm NMAS公路SMA级配较为稳定,若提高压实度至100%,则19 mm NMAS公路SMA则可在未受水侵害的情况下提供较佳的抵抗车辙能力。 展开更多
关键词 SMA 外物损害(fod) 抗滑特性 抗车辙能力
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FOD对TC4合金扩散焊板材HCF性能影响 被引量:2
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作者 李百洋 刘小刚 郭海丁 《航空发动机》 北大核心 2018年第5期93-97,共5页
针对外物损伤(FOD)对航空发动机宽弦空心风扇叶片高循环疲劳(HCF)性能的影响,以TC4合金3层扩散焊板件模拟宽弦空心风扇叶片典型冲击部位,采用空气炮法对TC4合金3层扩散焊板进行FOD模拟试验,对冲击角度为25°、40°和80°时... 针对外物损伤(FOD)对航空发动机宽弦空心风扇叶片高循环疲劳(HCF)性能的影响,以TC4合金3层扩散焊板件模拟宽弦空心风扇叶片典型冲击部位,采用空气炮法对TC4合金3层扩散焊板进行FOD模拟试验,对冲击角度为25°、40°和80°时的损伤状况进行了宏微观测量;采用逐级加载法对FOD后的扩散焊焊板进行HCF强度试验,获得各条件下扩散焊板件的条件疲劳极限。结果表明:在各冲击条件下,冲击角度为25°时对材料造成的损伤最严重,HCF强度降低幅度最大;FOD不仅会造成材料表面损伤,还会对内部焊缝层造成损伤。在上述因素共同作用下,扩散焊板件FOD后HCF强度显著降低,相应的疲劳缺口系数明显增大。 展开更多
关键词 TC4合金 扩散焊 外物损伤 高循环疲劳 宽弦空心风扇叶片 航空发动机
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运动参数对叶片外物损伤的影响分析 被引量:2
10
作者 尹冬梅 钱林方 徐亚栋 《机械设计与制造》 北大核心 2009年第4期148-150,共3页
采用终点弹道学弹丸侵彻原理,运用非正规撞击模型,建立了叶片受外物撞击的运动学模型。运用数值计算,得出了运动参数对叶片损伤的影响规律:叶片随机体的平移速度越大,或旋转的角速度越大,或撞击位置越靠近叶尖,叶片的损伤越大;初始安装... 采用终点弹道学弹丸侵彻原理,运用非正规撞击模型,建立了叶片受外物撞击的运动学模型。运用数值计算,得出了运动参数对叶片损伤的影响规律:叶片随机体的平移速度越大,或旋转的角速度越大,或撞击位置越靠近叶尖,叶片的损伤越大;初始安装角越大,叶片外物撞击时的接触撞击力越大,叶片的损伤越大;由于偏航角与倾斜角的存在,使得运动叶片与静止叶片外物损伤的模式有一定差异。其结果将对叶片抗外物撞击损伤的研究提供依据。 展开更多
关键词 叶片 外物损伤 接触撞击 数值计算
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美国海军飞机发动机异物损伤研究 被引量:1
11
作者 邢维升 赵满 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第7期153-157,共5页
异物损伤是飞机发动机受损的重要原因,备受美国海军重视。发动机异物损伤原因的准确判别具有难度,经常需要有经验人员根据损伤结果进行推测。异物存在、吸入条件和作业环境是影响发动机异物损伤的三方面因素。改进飞机设计、开展异物排... 异物损伤是飞机发动机受损的重要原因,备受美国海军重视。发动机异物损伤原因的准确判别具有难度,经常需要有经验人员根据损伤结果进行推测。异物存在、吸入条件和作业环境是影响发动机异物损伤的三方面因素。改进飞机设计、开展异物排查可减少异物损伤的发生。 展开更多
关键词 异物损伤 飞机发动机 作业环境 异物排查
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旋转离心应力对叶片受外物损伤的影响研究 被引量:1
12
作者 尹冬梅 钱林方 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 2009年第2期39-42,共4页
针对发动机叶片常受外物撞击而产生损伤的问题,采用非线性有限元法就旋转离心应力对叶片外物损伤的影响进行分析,并采用动力松弛法在撞击分析前对叶片结构进行应力和位移的初始化,建立离心应力下叶片外物撞击的非线性动力学分析模型。... 针对发动机叶片常受外物撞击而产生损伤的问题,采用非线性有限元法就旋转离心应力对叶片外物损伤的影响进行分析,并采用动力松弛法在撞击分析前对叶片结构进行应力和位移的初始化,建立离心应力下叶片外物撞击的非线性动力学分析模型。通过在LS-DYNA中进行不同离心载荷下叶片外物撞击的数值模拟比较,结果表明,离心应力对叶片的瞬态响应及损伤特征有较大的影响。 展开更多
关键词 外物损伤 离心应力 非线性有限元 动力松弛法
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合金材料高低周复合疲劳寿命研究 被引量:8
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作者 刘红彬 黄维娜 陈伟 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期74-80,共7页
就外物损伤对钛合金材料(TC4和TC11)高低周复合疲劳寿命的影响进行了试验研究.分别采用摆锤法和空气炮法模拟了叶片外物损伤,对比分析了两类损伤缺口的特征.进行了无损伤试样、损伤试样的疲劳试验,对比分析了外物损伤对钛合金疲劳寿命... 就外物损伤对钛合金材料(TC4和TC11)高低周复合疲劳寿命的影响进行了试验研究.分别采用摆锤法和空气炮法模拟了叶片外物损伤,对比分析了两类损伤缺口的特征.进行了无损伤试样、损伤试样的疲劳试验,对比分析了外物损伤对钛合金疲劳寿命的影响.结果表明:摆锤冲击试验法模拟的损伤缺乏代表性,空气炮发射弹丸法模拟的损伤更接近真实情况;外物损伤导致钛合金高低周复合疲劳寿命严重下降,空气炮发射弹丸法模拟的损伤使钛合金的疲劳寿命从105下降到104量级. 展开更多
关键词 合金材料 高低周复合疲劳 外物损伤 裂纹萌生 试验
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