考虑飞行损伤的涡轮转子叶片加速寿命试验载荷设计方法技术

本发明专利技术一种考虑飞行损伤的涡轮转子叶片加速寿命试验载荷设计方法：1)对航空发动机飞行任务和训练科目进行混频处理和雨流计数，获得实际飞行中各转速循环的频次和时间，得到发动机在一定飞行小时内的载荷基础数据；2)利用有限单元法取得叶片各状态下的温度场和应力应变分布，对叶片进行静强度和持久强度分析，确定叶片的寿命考核部位；3)计算真实飞行载荷下叶片考核部位的疲劳损伤和蠕变损伤，获得一个飞行起落中蠕变损伤和疲劳损伤的比例；4)设计全尺寸叶片的加速寿命试验载荷谱，并确定叶片试验载荷谱相较外场飞行时的转换系数。本发明专利技术可以用来获得叶片技术寿命及研究叶片剩余寿命；为叶片疲劳‑蠕变寿命试验研究节约了时间和经济成本。

Load design method for accelerated life test of turbine rotor blade considering flight damage

The invention relates to a turbine rotor blade considering flight damage accelerated life test load design method: 1) for engine flight tasks and training courses of mixing processing and rain flow counting, frequency and time of each rotation cycle to obtain actual flight load, get basic data in flight engine hours; 2) by Co. get the temperature field of blade element method under different conditions of stress and strain distribution, static strength and endurance strength analysis of the blade, determine the life assessment of parts of the leaves; 3) calculation of fatigue damage and creep damage to real flight load test leaves the nucleus, a flight of creep damage and fatigue damage ratio 4); design of full size leaf accelerated life test load spectrum, and determine the blade load spectrum in flight when the conversion coefficient. The invention can be used to obtain the residual life of blade life and study leaves; save time and economic cost for the experimental research on blade fatigue creep life.

【技术实现步骤摘要】
考虑飞行损伤的涡轮转子叶片加速寿命试验载荷设计方法
本专利技术涉及零部件寿命试验领域，涉及一种考虑飞行损伤的涡轮转子叶片加速寿命试验载荷设计方法，主要应用于航空发动机涡轮转子叶片的寿命试验研究，为发动机涡轮叶片定寿、延寿提供技术支撑。
技术介绍
航空发动机转子叶片在运行中承受疲劳损伤和蠕变损伤的交互作用，是航空发动机故障多发件之一。涡轮转子叶片的失效会直接影响发动机的维护成本，其寿命研究是发动机寿命研究的重要组成部分。理论上对结构疲劳-蠕变寿命的预测方法仍不完善，故对叶片开展疲劳-蠕变寿命试验研究是叶片设计和寿命研究中的重要环节。如何确保试验条件下的叶片损伤机理与外场飞行时一致，并且如何将叶片在试验载荷下的损伤与实际飞行载荷下的损伤定量地关联起来是叶片寿命试验的关键问题。目前的叶片寿命研究中很少考虑发动机实际飞行时的过渡态和地面维护数据，这样直接影响了叶片在飞行载荷下损伤计算的准确性；试验载荷谱与飞行载荷下的损伤转换关系也甚少提及，难以用叶片寿命试验结果定量地说明叶片飞行载荷下的寿命；叶片加速寿命试验载荷谱中应力大小选取的合理性也很少提及。设计一种考虑飞行谱损伤换算的叶片加速寿命试验本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑飞行损伤的涡轮转子叶片加速寿命试验载荷设计方法，特征在于：该方法具体包括以下步骤：步骤1：发动机运行基础数据的获得：对航空发动机飞行任务和训练科目进行混频和雨流计数处理，得到实际飞行中各转速循环的频次和时间，考虑地面维护及试车数据，获得发动机在一定飞行小时内的载荷基础数据；步骤2：叶片寿命考核部位的确定：利用有限单元法得到叶片各状态下的温度场和应力应变分布，对叶片进行静强度和持久强度分析，确定叶片的寿命考核部位；步骤3：飞行载荷下叶片的损伤计算：综合考虑发动机飞行稳态和过渡态参数，计算真实飞行载荷下叶片考核部位的疲劳和蠕变损伤，得到一个飞行起落中叶片考核部位蠕变损伤与疲劳损伤的比例及其...

【技术特征摘要】
1.一种考虑飞行损伤的涡轮转子叶片加速寿命试验载荷设计方法，特征在于：该方法具体包括以下步骤：步骤1：发动机运行基础数据的获得：对航空发动机飞行任务和训练科目进行混频和雨流计数处理，得到实际飞行中各转速循环的频次和时间，考虑地面维护及试车数据，获得发动机在一定飞行小时内的载荷基础数据；步骤2：叶片寿命考核部位的确定：利用有限单元法得到叶片各状态下的温度场和应力应变分布，对叶片进行静强度和持久强度分析，确定叶片的寿命考核部位；步骤3：飞行载荷下叶片的损伤计算：综合考虑发动机飞行稳态和过渡态参数，计算真实飞行载荷下叶片考核部位的疲劳和蠕变损伤，得到一个飞行起落中叶片考核部位蠕变损伤与疲劳损伤的比例及其总损伤；步骤4：叶片加速寿命试验载荷谱的制定：根据步骤3得到的叶片损伤计算结果，基于等效损伤原则，按照一个飞行起落中蠕变损伤和疲劳损伤的比例，以叶片材料的基本性能和外场飞行时的损伤机理为基础，设计全尺寸叶片的加速寿命试验载荷谱，并确定叶片试验载荷谱与外场飞行时的转换系数。2.根据权利要求1所述的一种考虑飞行损伤的涡轮转子叶片加速寿命试验载荷设计方法，其特征在于：所述的叶片为影响航空发动机运行安全和维护成本的涡轮转子叶片，涡轮转子叶片考核部位的总损伤是指疲劳损伤与蠕变损伤之和。3.根据权利要求1所述的一种考虑飞行损伤的涡轮转子叶片加速寿命试验载荷设计方法，其特征在于：所述步骤2具体包含以下步骤：a.首先利用有限元软件进行流热耦合计算，得到叶片表面温度场；然后在计算结果中提取叶片表面温度数值，通过插值程序转换，在有限元软件中将得到的叶片表面温度场赋予叶片相应的网格节点；最后进行稳态传热计算，得到整个叶片的温度场；b.结合获得的发动机典型工作循环，利用有限元软件对叶片各转速循环进行分析，得到叶片在各转速下的应力和应变分布结果；c.参照航空发动机应力标准，确定出涡轮转子叶片强度储备最低的位置，将其作为涡轮转子叶片寿命试验考核部位。4.根据权利要求1所述的一种考虑飞行损伤的涡轮转子叶片加速寿命试验载荷设计方法，其特征在于：所述步骤3中真实飞行载荷下的涡轮转子叶片考核部位疲劳损伤可以用Manson-Coffin公式进行计算疲劳寿命：其中，Δεt为总应变范围，ε′f为疲劳延性系数，c为疲劳延性指数，σ′f为疲劳强度系数，b为疲劳强度指数，E为杨氏模量，Nf为疲劳寿命；所述步骤3中真实飞行载荷下的涡轮转子叶片考核部位疲劳损伤也可以用Morrow修正公式计算疲劳寿命：其中，σm为循环载荷下的平均应力；所述步骤3中真实飞行载荷下的涡轮转子叶片考核部位疲劳损伤也可以用Smith-Watson-Topper修正公式计算疲劳寿命：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：石多奇，李振磊，杨晓光，齐红宇，
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