一种考虑瞬态历程温度影响的轮盘疲劳寿命设计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115563818A(43)申请公布日2023.01.03(21)申请号202211545272.0G06F119/14(2020.01)(22)申请日2022.12.05(71)申请人中国航发四川燃气涡轮研究院地址610500四川省成都市新都区新都学府路999号(72)发明人程荣辉颜业浩黄翔龙孙海鹤庞燕龙秦仕勇张少平(74)专利代理机构北京清大紫荆知识产权代理有限公司11718专利代理师吴波(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G01M15/14(2006.01)G01N3/32(2006.01)G06F119/04(2020.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种考虑瞬态历程温度影响的轮盘疲劳寿命设计方法(57)摘要本发明涉及航空发动机技术领域，公开了一种考虑瞬态历程温度影响的轮盘疲劳寿命设计方法，通过疲劳强度折算瞬态历程应力谱，解决了传统方法存在的使用拉伸强度折算应力谱得到应力幅偏低的问题，规避了低循环疲劳寿命设计结果偏高的风险；通过应力幅、疲劳强度改进后的试验器系数，对发动机状态轮盘疲劳寿命设计结果进行试验验证评估的有效性进行判别，提高了试验参数的合理性，确保所设计的发动机状态轮盘疲劳寿命满足实际工作要求。CN115563818ACN115563818A权利要求书1/1页1.一种考虑瞬态历程温度影响的轮盘疲劳寿命设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、选“0‑设计工况‑0”作为分析循环，获得稳态时轮盘工作的循环应力及对应的设计工况温度值，依据温度值选取相应温度代表值的疲劳性能计算稳态工况寿命；步骤2、提取起飞时瞬态历程轮盘关键部位的温度谱，确定瞬态历程中温度最大值；并分析瞬态历程轮盘关键部位的应力谱，得到不同时刻关键部位的应力；关键部位包括轮盘的盘心、孔、槽；步骤3、根据瞬态历程中温度最大值，选取相应温度代表值的疲劳性能确定瞬态历程中的疲劳极限；步骤4、根据不同温度下的材料疲劳极限以及、，计算获得对应温度下的应力谱；步骤5、根据应力谱中的极值，计算瞬态历程的疲劳寿命；步骤6、对比疲劳寿命、，选小者作为发动机状态轮盘疲劳寿命设计结果。2.根据权利要求1所述的考虑瞬态历程温度影响的轮盘疲劳寿命设计方法，其特征在于，以步骤6中发动机状态轮盘疲劳寿命设计结果对应的或温度值及其对应的应力作为轮盘疲劳试验件的设计基准，制定均温或带梯度温度场的试验方案；轮盘通过转接段结构安装在试验设备旋转轴上，模拟发动机状态，模拟时计算试验器系数K：若K<1，则通过改变转速或转接段结构，调整关键部位应力，直至K≥1；确定K≥1对应的试验温度和转速作为最终疲劳试验参数，所述最终疲劳试验参数用于评估发动机状态轮盘疲劳寿命是否满足步骤6中的设计结果。3.根据权利要求1所述的考虑瞬态历程温度影响的轮盘疲劳寿命设计方法，其特征在于，步骤4中按照公式计算获得对应温度下的应力谱。4.根据权利要求1所述的考虑瞬态历程温度影响的轮盘疲劳寿命设计方法，其特征在于，稳态工况疲劳寿命确定方法为：根据稳态时设计工况温度值计算得到最大应力值，根据静止状态计算得到最小应力值，计算极值的应力比、平均应力及应变幅，选择温度代表值对应的应变寿命曲线方程或S‑N曲线方程进行寿命评估获得。5.根据权利要求1所述的考虑瞬态历程温度影响的轮盘疲劳寿命设计方法，其特征在于，瞬态历程疲劳寿命确定方法为：根据应力谱及应力谱中的最大、最小值，计算平均应力、应变幅和极值的应力比，选择应变寿命曲线方程或S‑N曲线方程进行寿命评估获得。2CN115563818A说明书1/5页一种考虑瞬态历程温度影响的轮盘疲劳寿命设计方法技术领域[0001]本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种考虑瞬态历程温度影响的轮盘疲劳寿命设计方法。背景技术[0002]轮盘是航空发动机中的关键件，国内外均在发动机设计规范中明确了轮盘要进行低循环疲劳试验的要求。开展轮盘低循环疲劳试验件设计首先需要进行发动机状态的应力、寿命分析，根据参考文献《航空发动机强度设计、试验手册第二篇第三章轮盘强度试验》（以下简称手册），通常选取“0‑最大‑0”作为标准循环进行设计分析，这里的最大指的是工作过程中的最大值，包括稳态工况、瞬态历程。在瞬态历程中，轮盘的应力和温度是随时间变化的参数，而在轮盘的低循环疲劳试验过程中，温度是无法随时间发生变化的，这就需要我们将瞬态历程的应力谱转化成同一温度下再进行寿命评估，完成后以此为基准来进行试验件设计。[0003]根据《英国斯贝MK202发动机应力标准》，材料的疲劳损伤取决于应力与相应温度下材料的拉伸极限之比，即认为疲劳性能随温度的变化规律与拉伸极限相同。然而在研究过程中发现，疲劳极限虽然作为反应疲劳寿命的