[發(fā)明專利]一種考慮高、低周疲勞的葉片葉盆葉背裂紋型硬物損傷可用極限確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811115062.1
• 申請(qǐng)日: 2018-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN109374450B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋迎東;賈旭;胡緒騰;吳娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/32
• 分類號(hào): G01N3/32
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 陳國強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種考慮高、低周疲勞的葉片葉盆葉背裂紋型硬物損傷可用極限確定方法，首先從葉片承受的高/低周復(fù)合載荷中提取出高循環(huán)疲勞載荷和低循環(huán)疲勞載荷，分別建立一系列高循環(huán)疲勞載荷及低循環(huán)疲勞載荷下應(yīng)力比相關(guān)的撕裂/裂紋型硬物損傷裂紋不擴(kuò)展等值曲線，然后通過有限元數(shù)值分析方法確定葉盆葉背各點(diǎn)位置上的靜態(tài)應(yīng)力和動(dòng)態(tài)應(yīng)力，最后通過比對(duì)靜態(tài)應(yīng)力和動(dòng)態(tài)應(yīng)力在裂紋不擴(kuò)展等值曲線中的位置確定該等值曲線所對(duì)應(yīng)的裂紋尺寸，即為葉片葉盆葉背該點(diǎn)處的撕裂/裂紋型硬物損傷的可用極限。本發(fā)明不僅提出了一種簡單、有效的硬物損傷可用極限確定方法，而且針對(duì)葉片葉盆葉背撕裂/裂紋型硬物損傷形成了一種規(guī)范化的可用極限制定流程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種考慮高、低周疲勞的葉片葉盆葉背裂紋型硬物損傷可用極限確定方法，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片硬物損傷容限設(shè)計(jì)與維護(hù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

金屬、碎片、砂礫、石塊等硬物伴隨著氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道與高速旋轉(zhuǎn)的葉片發(fā)生碰撞形成的沖擊損傷是加重葉片疲勞失效的重要原因之一。盡管人們提出了如飛機(jī)跑道外物清掃、地勤人員維修工具檢查與控制等外物損傷預(yù)防措施，但硬物損傷總是不可避免的。

對(duì)于不可避免的硬物損傷問題，雖然發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者使葉片具有了一定的硬物損傷容限能力，但同時(shí)也需要在發(fā)動(dòng)機(jī)研制后期為用戶提供具有硬物損傷葉片的維修手冊，為用戶在使用和維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片時(shí)提供必要的建議，例如葉片發(fā)生硬物損傷后，如何判斷硬物損傷葉片是否可用(免修)。目前，評(píng)判硬物損傷嚴(yán)重程度的主要尺寸為損傷深度，發(fā)動(dòng)機(jī)維修手冊中往往采用所允許的最大損傷深度作為葉片發(fā)生硬物損傷后的可用極限，并通過確定合理的可用極限以達(dá)到在保證安全與性能的前提下，減少葉片在發(fā)生一定程度的外物損傷后拆卸維修和更換的次數(shù)，提高經(jīng)濟(jì)性和戰(zhàn)備完好性。

目前發(fā)動(dòng)機(jī)公司并沒有制定硬物損傷后葉片可用極限的規(guī)范化程序，在過去新設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的可用極限往往基于舊款發(fā)動(dòng)機(jī)的使用和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，然而隨著葉片設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型葉片結(jié)構(gòu)(如整體葉盤、空心葉片等)讓這種經(jīng)驗(yàn)性的外推方式面臨著巨大挑戰(zhàn)。

撕裂/裂紋型硬物損傷是航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片葉盆葉背常遭受的較為嚴(yán)重的損傷，本發(fā)明為了給此種硬物損傷提供合理規(guī)范的可用極限制定流程，提出了一種考慮高、低周疲勞的葉片葉盆葉背裂紋型硬物損傷可用極限確定方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種考慮高、低周疲勞的葉片葉盆葉背裂紋型硬物損傷可用極限確定方法，以解決目前針對(duì)撕裂/裂紋型硬物損傷缺乏合理規(guī)范的可用極限制定流程的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種考慮高、低周疲勞的葉片葉盆葉背裂紋型硬物損傷可用極限確定方法，包括如下步驟：

(1)從葉片的葉盆和葉背各點(diǎn)上承受的高/低周復(fù)合疲勞載荷提取可能發(fā)生的高循環(huán)疲勞載荷及低循環(huán)疲勞載荷；

(2)根據(jù)葉片材料在不同應(yīng)力比下的裂紋擴(kuò)展門檻值數(shù)據(jù)，建立應(yīng)力比相關(guān)的裂紋擴(kuò)展門檻值模型；

(3)將葉片的葉盆和葉背中撕裂/裂紋型損傷設(shè)定為I型半橢圓表面裂紋，其橢圓裂紋深度半軸長度a為撕裂/裂紋型損傷的最大深度d，橢圓裂紋表面半軸長b為a的1.5倍，建立該半橢圓表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法；

(4)分別建立不同應(yīng)力比條件下高周疲勞載荷、低周疲勞載荷的裂紋不擴(kuò)展模型，并繪制不同裂紋深度a下裂紋不擴(kuò)展等值曲線圖；

(5)通過有限元數(shù)值分析方法獲取葉片葉盆葉背各點(diǎn)的靜態(tài)應(yīng)力和動(dòng)態(tài)應(yīng)力；

(6)通過比對(duì)靜態(tài)應(yīng)力和動(dòng)態(tài)應(yīng)力在裂紋不擴(kuò)展等值曲線中的位置確定該等值曲線所對(duì)應(yīng)的裂紋尺寸a，即為葉片葉盆葉背該點(diǎn)處的裂紋/撕裂型硬物損傷的可用極限。