航空发动机机匣包容性准则数值与实验初探

【摘要】：机匣包容性研究是航空发动机设计中重要的一个环节,由于航空发动机转子上的叶片意外断裂可能会导致严重的航空事故,所以,发展适用的设计方法以包容高能量的飞断叶片非常重要。本学位论文研究了航空发动机机匣的包容性问题,对叶片撞击机匣的机理进行了分析,建立了适应于靶板撞击试验的新的包容准则。 首先,进行了双层间隔的平板打靶试验,通过试验分析了双层机匣层距问题对机匣包容能力的影响,对于双层机匣的可行性进行了研究；其次,进行了加强筋靶板的打靶试验,通过试验发现,纵向加强筋对于板的弯曲变形起到了很好抵抗作用,并随加强筋的根数增多其抗弯曲作用逐渐增大,加强筋对靶板被撞击部位的局部剪切变形影响较小；放射状加强筋对于靶板的局部抗剪切变形和抗弯曲变形能力有着一定的提升,但由于其本身具有的放射状构造的特性,其抗剪能力只限于放射状筋的中心地带。 进行了覆盖1、2、3、4毫米四种厚度凯夫拉的金属靶板打靶试验,通过试验对金属靶板外侧缠绕凯芙拉材料后的包容能力进行研究。 分析了叶片侵彻机匣的机理,本文创新性的将叶片侵彻机匣过程简化为薄板在强载荷作用下的动力弯曲与穿孔问题的结合,对叶片撞击平板机匣过程进行了理论建模,初步建立了一种新的包容性分析方法。通过数值试验的方法对撞击过程中叶片、靶板的能量变化、挠度变形及受力情况进行了分析,考虑了叶片塑性变形的影响,修正了以破坏势能法为基础的机匣包容经验公式,使得新的准则相对于旧的没有那么保守,更具有实用性。