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航空发动机机匣包容性准则数值与实验初探

作　者: 张林
导　师: 章定国
学　校: 南京理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 航空发动机包容性打靶试验数值分析新包容准则
分类号: V231
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 58次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-12
  1.1 研究背景  7-10
    1.1.1 国外研究情况  7-9
    1.1.2 国内研究情况  9-10
  1.2 研究目的及意义  10
  1.3 本论文内容安排  10-12
2 基础理论知识  12-18
  2.1 包容性的定义  12
  2.2 包容性评价方法  12-13
  2.3 包容机理与撞击动力学理论  13-17
    2.3.1 侵彻的定义  14
    2.3.2 临界击穿速度定义  14-15
    2.3.3 撞击速度对靶板响应的影响  15-16
    2.3.4 靶板厚度对靶板响应的影响  16-17
  2.4 本章小结  17-18
3 打靶试验方法研究  18-34
  3.1 概述  18
  3.2 试验注意的问题  18-19
  3.3 试验方案  19-22
    3.3.1 试验发射装置  20
    3.3.2 速度测量系统  20-21
    3.3.3 高速拍摄系统  21-22
  3.4 加强筋及双层靶板打靶试验  22-32
    3.4.1 两层有间隔靶板  23-24
    3.4.2 两根加强筋靶板  24-25
    3.4.3 三根加强筋靶板  25
    3.4.4 四根加强筋靶板  25
    3.4.5 五根加强筋靶板  25-26
    3.4.6 六根加强筋靶板  26-27
    3.4.7 七根加强筋靶板  27
    3.4.8 放射状加强筋靶板  27-28
    3.4.9 数值模拟  28-32
  3.5 本章小结  32-34
4 覆盖凯夫拉平板打靶试验  34-42
  4.1 试验参数  34
  4.2 试验结果及分析  34-37
  4.3 数值模拟  37-41
    4.3.1 本构模型  37
    4.3.2 撞击过程分析  37-39
    4.3.3 结果及分析  39-41
  4.4 本章小结  41-42
5 包容性准则  42-56
  5.1 包容评定方法分析  42
  5.2 包容过程理论建模  42-46
  5.3 破坏势能法的改良  46-54
    5.3.1 数值试验工具  46
    5.3.2 模型参数及设置  46-48
    5.3.3 最大挠度与撞击速度的关系  48-49
    5.3.4 撞击力与撞击速度的关系  49-50
    5.3.5 撞击力与靶板厚度的关系  50-51
    5.3.6 叶片速度对塑性变形的影响  51-52
    5.3.7 新包容准则的建立  52-53
    5.3.8 新准则计算与仿真结果比对  53-54
  5.4 本章小结  54-56
6 总结与建议  56-58
  6.1 全文总结  56
  6.2 不足与建议  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-62

航空发动机机匣包容性准则数值与实验初探

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