The invention relates to a design method of crack propagation characteristic simulator for centrifugal impeller convex platform, which obtains geometric model of centrifugal impeller, measures transition corner radius and radial length of convex platform structure, obtains material performance parameters of centrifugal impeller under working conditions and working conditions, and establishes finite element analysis model of centrifugal impeller. The maximum stress point at the convex part of centrifugal impeller is obtained by calculating. Taking the rectangular plate specimen as the basic shape, the symmetrical position on both sides of the plate with the convex structure, the transition radius and radial length of the convex and the rectangular plate are consistent with the actual structure. By adjusting the length of the specimen, the position of the simulated part near the convex platform appears tension. The maximum stress in the extension direction is consistent with the actual structure and the stress gradient is ensured to be the same. The relationship between the stress intensity factor and the thickness of the specimen is checked and the thickness of the specimen is determined. The simulated specimen can simulate the stress-strain field of the centrifugal impeller convex structure and can be used for crack propagation test.
【技术实现步骤摘要】
一种离心叶轮凸台裂纹扩展特征模拟件设计方法
本专利技术涉及一种针对航空发动机离心叶轮凸台裂纹扩展特征模拟件设计方法,它是一种能够考虑离心叶轮结构应力集中、应力梯度的裂纹扩展特征模拟件设计方法,属于航空航天发动机
技术介绍
航空发动机中离心叶轮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。现有专利CN201710255317.3《一种叶片结构模拟件的试验方法》针对叶片结构设计了疲劳寿命模拟件,其模拟件的设计原则主要为多个危险点的等效应力与实际结构相近,而未考虑危险点相邻区域的应力分布等效。现有文献“杨兴宇,董立伟,耿中行,等.某压气机轮盘榫槽低循环疲劳模拟件设计与试验[J].航空动力学报,2008,23(10):1829-1834”根据压气机盘榫槽结构设计的低循环疲劳寿命试验,保证了模拟件的最大拉力、应力梯度、应变梯度与实际结构较为一致,但未进行裂纹扩展相关特性的设计与评估,试验件可应用于低循环疲劳寿命试验,而不能进行疲劳裂纹扩展试验。
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,提供一种离心叶轮凸台裂纹扩展特征模拟件设计方法,能够充 ...
【技术保护点】
1.一种离心叶轮凸台裂纹扩展特征模拟件设计方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)获取离心叶轮的几何模型,测量离心叶轮凸台结构的过渡圆角半径、凸台向长度;(2)获取离心叶轮的工况条件以及工况条件下的材料性能参数;所述工况条件包括离心叶轮的工作温度场、离心叶轮的工作转速;所述材料性能参数包括离心叶轮材料的密度;在工作温度下的弹性模量、泊松比、塑性本构参数和膨胀系数,断裂韧度值;(3)依据步骤(1)的几何模型和步骤(2)的所述工况条件以及工况条件下的材料性能参数,建立离心叶轮有限元分析模型,计算获得离心叶轮凸台在工况条件下的的应力应变数据;所述应力应变数据包括离心叶轮凸台位置拉伸方向最大应力点即最大径向应力值,和以离心叶轮凸台位置拉伸方向最大应力点为起点,沿离心叶轮凸台半径增大方向的径向应力分布;(4)基于步骤(3)分析得到的离心叶轮凸台工况条件下的的应力应变数据,以矩形平板试件为基本形状便于进行裂纹观测,以沿模拟件长度方向的单轴拉伸加载为载荷形式,设计离心叶轮凸台裂纹扩展特征模拟件,建立所述模拟件的有限元静力分析模型,使模拟件的离心叶轮凸台沿拉伸加载方向的应力值等于步骤(3)中获取的最大径 ...
【技术特征摘要】
1.一种离心叶轮凸台裂纹扩展特征模拟件设计方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)获取离心叶轮的几何模型,测量离心叶轮凸台结构的过渡圆角半径、凸台向长度;(2)获取离心叶轮的工况条件以及工况条件下的材料性能参数;所述工况条件包括离心叶轮的工作温度场、离心叶轮的工作转速;所述材料性能参数包括离心叶轮材料的密度;在工作温度下的弹性模量、泊松比、塑性本构参数和膨胀系数,断裂韧度值;(3)依据步骤(1)的几何模型和步骤(2)的所述工况条件以及工况条件下的材料性能参数,建立离心叶轮有限元分析模型,计算获得离心叶轮凸台在工况条件下的的应力应变数据;所述应力应变数据包括离心叶轮凸台位置拉伸方向最大应力点即最大径向应力值,和以离心叶轮凸台位置拉伸方向最大应力点为起点,沿离心叶轮凸台半径增大方向的径向应力分布;(4)基于步骤(3)分析得到的离心叶轮凸台工况条件下的的应力应变数据,以矩形平板试件为基本形状便于进行裂纹观测,以沿模拟件长度方向的单轴拉伸加载为载荷形式,设计离心叶轮凸台裂纹扩展特征模拟件,建立所述模拟件的有限元静力分析模型,使模拟件的离心叶轮凸台沿拉伸加载方向的应力值等于步骤(3)中获取的最大径向应力值;进一步的,使沿所述模拟件宽度的应力分布情况与步骤(3)中获得的径向应力分布保持一致;从而完成所述模拟件的尺寸参数及模拟件单轴拉伸的载荷大小的确定;(5)确定所述模拟件的厚度,基于步骤(4)中确定的所述模拟件的尺寸以及单轴拉伸的载荷大小,通过应力强度因子公式,求得所述模拟件的应力强度因子达到断裂韧度值时对应的临界裂纹长度,以所述临界裂纹长度为依据确定模拟件的厚度,完成所述离心叶轮凸台裂纹扩展特征模拟件的设计工作。2.根据权利要求1所述的一种离心叶轮凸台裂纹扩展特征模拟件设计方法,其特征在于:所述步骤(4)中,建立所述模拟件的有限元静力分析模型为...
【专利技术属性】
技术研发人员:胡殿印,郭小军,刘宗晔,崔金铎,赵淼东,毛建兴,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,中国航发湖南动力机械研究所,
类型:发明
国别省市:北京,11
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