The invention relates to a design method of a turbine disk mortise groove crack propagation simulator. The steps are: (1) obtaining the geometric model of the turbine disk and measuring the geometric size of the mortise groove; (2) obtaining the working conditions of the mortise groove and the material performance parameters under the working conditions; (3) establishing the finite element analysis model of the mortise groove according to the geometric size and the load conditions. The maximum circumferential stress was calculated and the circumferential stress value, stress gradient and strain were obtained. (4) Taking the square plate specimen with notch as the basic shape and uniaxial tensile loading as the load form, the mortise-groove crack propagation characteristic simulation was designed, and the defects were made by adjusting the width of the square specimen and the size of the notch. The maximum stress along the tensile direction is equal to the maximum circumferential stress of the actual tenon groove, and the stress gradient and the equivalent strain are the same. (5) Adjust the thickness of the specimen to calculate the stress intensity factor of the simulation, determine the thickness of the specimen, and complete the design work.
【技术实现步骤摘要】
一种涡轮盘榫槽裂纹扩展模拟件设计方法
本专利技术是一种针对航空发动机涡轮盘榫槽裂纹扩展模拟件的设计方法,它是一种能够考虑榫槽结构应力集中、应力梯度、应变的裂纹扩展模拟件设计方法,属于航空航天发动机
技术介绍
航空发动机中涡轮盘榫槽的复杂结构特征往往会在局部区域造成应力集中,导致裂纹远端载荷沿裂纹扩展路径呈非均匀分布。由于基于标准件的裂纹扩展试验,不能体现局部区域的应力集中,一般采用离散裂纹扩展步长的方式,在每个裂纹扩展增量上将载荷近似为均布载荷,当裂纹扩展增量减小到一定程度时,可获得较为接近的裂纹扩展规律。然而,由于局部应力集中越明显(局部应力梯度越大),这种近似方法的偏差越大,因此,需要设计特征结构模拟件并开展裂纹扩展试验,在实验室环境下模拟局部应力集中,获得相应裂纹扩展规律。
技术实现思路
本专利技术技术解决方案:克服现有技术的不足,提供一种涡轮盘榫槽结构裂纹扩展特征模拟件设计方法,能够充分地反映离心叶轮中心孔部位的应力集中、应力、应变梯度,充分反应涡轮盘榫槽裂纹扩展规律特性,服务与支撑航空发动机涡轮盘榫槽结构设计。本专利技术技术解决方案:一种涡轮盘榫槽裂纹扩展模拟件设计方法,结合涡轮盘榫槽静力分析结果,设计能够反映特征结构的裂纹扩展模拟件,实现了在实验室条件下模拟真实结构的裂纹扩展行为,实现步骤如下:第一步,获取涡轮盘榫槽的几何模型,测量榫槽结构的几何尺寸,榫槽结构的几何尺寸主要包括榫头轴向长度、拉削角、楔形角、榫头最小颈宽、伸根颈宽轴向宽度、榫槽的周向宽度随径向位置的变化、弧线长度,所述几何模型指借助计算机辅助设计软件,按照实际工程需求设计完 ...
【技术保护点】
1.一种涡轮盘榫槽裂纹扩展模拟件设计方法,其特征在于,包括步骤如下:(1)获取涡轮盘榫槽的几何模型,测量榫槽结构的几何尺寸,榫槽结构的几何尺寸主要包括榫头轴向长度、拉削角、楔形角、榫头最小颈宽、伸根颈宽轴向宽度、榫槽的周向宽度随径向位置的变化、弧线长度,所述几何模型指借助计算机辅助设计软件,按照实际工程需求设计完成的离心叶轮三维几何模型;(2)获取涡轮盘榫槽结构的工况条件以及工况条件下的材料性能参数;所述工况条件包括涡轮盘的工作转速,涡轮盘的温度场;所述材料性能参数包括涡轮盘榫槽材料的密度;在工作温度下的弹性模量、泊松比、塑性本构参数、膨胀系数和断裂韧度值;(3)依据第一步的几何模型和第二步的工况、材料数据,建立涡轮盘榫槽有限元静力分析模型,计算获得涡轮盘榫槽在工作状态下的危险点的应力数据、应变数据;(4)基于第三步得到的涡轮盘榫槽结构在工况条件下的应力应变数据,以带缺口的方形试件为基本形状,以单轴拉伸加载为基本载荷形式,设计涡轮盘榫槽结构裂纹扩展模拟件,并建立模拟件的有限元静力分析模型,对所述模型进行有限元静力分析;通过调整方形尺寸使模拟件应力集中处即缺口处应力应变与实际涡轮盘榫槽危 ...
【技术特征摘要】
1.一种涡轮盘榫槽裂纹扩展模拟件设计方法,其特征在于,包括步骤如下:(1)获取涡轮盘榫槽的几何模型,测量榫槽结构的几何尺寸,榫槽结构的几何尺寸主要包括榫头轴向长度、拉削角、楔形角、榫头最小颈宽、伸根颈宽轴向宽度、榫槽的周向宽度随径向位置的变化、弧线长度,所述几何模型指借助计算机辅助设计软件,按照实际工程需求设计完成的离心叶轮三维几何模型;(2)获取涡轮盘榫槽结构的工况条件以及工况条件下的材料性能参数;所述工况条件包括涡轮盘的工作转速,涡轮盘的温度场;所述材料性能参数包括涡轮盘榫槽材料的密度;在工作温度下的弹性模量、泊松比、塑性本构参数、膨胀系数和断裂韧度值;(3)依据第一步的几何模型和第二步的工况、材料数据,建立涡轮盘榫槽有限元静力分析模型,计算获得涡轮盘榫槽在工作状态下的危险点的应力数据、应变数据;(4)基于第三步得到的涡轮盘榫槽结构在工况条件下的应力应变数据,以带缺口的方形试件为基本形状,以单轴拉伸加载为基本载荷形式,设计涡轮盘榫槽结构裂纹扩展模拟件,并建立模拟件的有限元静力分析模型,对所述模型进行有限元静力分析;通过调整方形尺寸使模拟件应力...
【专利技术属性】
技术研发人员:王荣桥,胡殿印,田腾跃,毛建兴,赵淼东,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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