[發(fā)明專利]一種凹坑型硬物沖擊損傷免修極限確定方法

在審

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• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112733398A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈旭;宋迎東;張子文;凌晨;胡緒騰
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G01M15/14;G01M7/08;G06F119/14;G06F119/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種凹坑型硬物沖擊損傷免修極限確定方法，包括如下步驟：對發(fā)動機(jī)風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和至少前六階的模態(tài)振動應(yīng)力進(jìn)行提取；確定凹坑型硬物沖擊損傷最危險形狀；在葉片葉盆或葉背指定位置添加凹坑型損傷，計算凹坑損傷底部應(yīng)力分布，計算穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和振動應(yīng)力下凹坑損傷底部應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍；建立高周疲勞載荷下應(yīng)力比相關(guān)的凹坑型損傷裂紋不擴(kuò)展模型，得到該葉片指定位置凹坑型損傷的免修極限；指定葉片葉盆或葉背另一位置，重復(fù)第三步和第四步，獲得此位置的凹坑型損傷免修極限，直至獲得所有位置的凹坑型損傷免修極限。本發(fā)明針對航空發(fā)動機(jī)風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片葉盆/葉背凹坑型損傷形成了規(guī)范化的免修極限制定流程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種凹坑型硬物沖擊損傷免修極限確定方法，屬于航空發(fā)動機(jī)葉片硬物損傷容限設(shè)計與維護(hù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

硬物沖擊損傷是由于飛機(jī)在起飛、著陸或低空飛行中航空發(fā)動機(jī)難免會吸入金屬、碎片、砂礫、石塊等硬物沖擊高速旋轉(zhuǎn)的葉片形成的。硬物沖擊損傷會加速葉片在離心力和振動載荷作用下過早地萌生高周疲勞裂紋從而導(dǎo)致葉片斷裂事故，對發(fā)動機(jī)工作可靠性具有嚴(yán)重的影響。

為了滿足航空發(fā)動機(jī)持續(xù)性適航要求，發(fā)動機(jī)原始設(shè)備制造商必須為用戶制定合理的維修手冊以指導(dǎo)工程人員按照規(guī)范的手段維護(hù)發(fā)動機(jī)葉片。其中，用于判斷硬物損傷葉片是否可用或免修的“可用極限”是制定維修手冊的重要內(nèi)容之一。目前，評判硬物損傷嚴(yán)重程度的主要尺寸為損傷深度，發(fā)動機(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。制定可用極限的目的在于一定程度上減少發(fā)動機(jī)葉片遭受硬物沖擊損傷后拆卸、修理或更換的次數(shù)，提高發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性和準(zhǔn)備完好性。

目前發(fā)動機(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)計的發(fā)動機(jī)葉片的可用極限往往基于舊款發(fā)動機(jī)的使用和維護(hù)經(jīng)驗，然而隨著葉片設(shè)計技術(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)驗性的外推方式面臨著巨大挑戰(zhàn)。

凹坑型損傷是硬物沖擊葉片壓力面(葉盆)或吸力面(葉背)較厚部位而形成的損傷，此類損傷是發(fā)動機(jī)風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片最常見的硬物沖擊損傷類型之一，甚至也會出現(xiàn)在渦輪葉片上，例如由于發(fā)動機(jī)內(nèi)部脫落物隨高速氣流進(jìn)入下游沖擊渦輪葉片形成凹坑損傷。本發(fā)明為解決凹坑型硬物沖擊損傷合理規(guī)范的可用極限制定問題，從考慮目前航空發(fā)動機(jī)葉片最常見的高周疲勞失效角度，提出了一種凹坑型硬物沖擊損傷可用極限確定方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于站在目前航空發(fā)動機(jī)葉片最常見的高周疲勞失效角度，提供一種凹坑型硬物沖擊損傷可用極限確定方法，以解決目前針對凹坑型硬物沖擊損傷缺乏合理規(guī)范的可用極限制定流程的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種凹坑型硬物沖擊損傷免修極限確定方法，包括如下步驟：

第一步，結(jié)合航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速譜、溫度譜和坎貝爾圖對發(fā)動機(jī)風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和至少前六階的模態(tài)振動應(yīng)力進(jìn)行提取；

第二步，通過外場調(diào)研、模擬試驗和應(yīng)力集中程度分析確定凹坑型硬物沖擊損傷最危險形狀；

第三步，在葉片葉盆或葉背指定位置添加凹坑型損傷，計算凹坑損傷底部應(yīng)力分布，計算穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和振動應(yīng)力下凹坑損傷底部應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔK；

第四步，建立高周疲勞載荷下應(yīng)力比相關(guān)的凹坑型損傷裂紋不擴(kuò)展模型，判斷前六階模態(tài)振動載荷下危險形狀的凹坑型損傷不發(fā)生裂紋擴(kuò)展時的凹坑深度，即為該階模態(tài)振動載荷下的許用凹坑深度，得到該葉片指定位置凹坑型損傷的免修極限；

第五步，指定葉片葉盆或葉背另一位置，重復(fù)第三步和第四步，獲得此位置的凹坑型損傷免修極限，直至獲得葉片葉盆或葉背所有位置的凹坑型損傷免修極限。