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硕士学位论文 几种典型机匣结构的包容性研究，共82页。
摘要
航空发动机机匣包容性问题涉及发动机各部件之间大董局部和整体的高速高能相互作用,包含各种各样的非线性特性。研究包容性问题对提高航空发动机的安全性和优化结构设计具有十分重要的意义。为此,本文结合试验和数值仿其对以下问题进行了研究:
(1 )研究数值仿真中使用的Johnson-Cook材料模型,总结材料参数和失效参数的实验测定方法,分析各参数的取值对材料模型的影响,为仿真设计人员确定合理的参数提供参考.
(2)研究机匣加筋结构对断叶包容能力的影响。将断叶简化成叶片形弹体,切割加筋机匣为靶板,进行打靶试验,结合数值仿真,研究筋条在靶板抗弹体冲击中所起的作用。结果表明,仿真结果与试验结果十分吻合,靶板的主要失效模式为无筋处的冲塞剪切失效、筋与板架交界处的沿筋条方向剪切失效和有筋处的鼓凸变形.比较单筋条加筋板与等质量的均厚板的抗冲击性能的结果表明:加筋板的临界击穿速度比等质量均厚板的髙17%;而相同的抗冲击性能下,加筋板比均厚板减重13%.比较美国FAA的UEDDAM计算公式和俄罗斯破坏势能法在计算临界击穿速度时的适用性表明,破坏势能法公式更具有工程应用价值。
(3)研究某髙能转子设备风扇级U型结构组合机匣对轴流叶轮轮盘破裂的包容性.确定叶轮以三等分破裂为最危险的破裂形式,并确定相应的叶轮切割方式和切割尺寸。在髙速旋转试验台上进行部件级试验件的包容试验,结果表明组合机匣能够包容炸成三块碎片飞出的叶轮。使用仿真方法再现组合机匣对叶轮碎片的包容过程,分析了各部件的关键行为特征。
结果表明,出口管比保护环吸收了更多的轮盘碎片撞击能董,二者的组合保护才能保证机匣的包容结果。进一步的研究表明,U型结构中槽深度一方面影响着保护环刚度,另一方面影响着碎片与机匣的相互作用机理。保护环的尺寸对包容性有较大的影响,而目前所用的保护环尺寸是比较合适的。
(4)研究某髙能转子设备涡轮级喷嘴环型机匣对离心叶轮轮盘爆裂的包容性.在髙速旋转试验台上进行真实部件级试验件的包容试验,结果表明喷嘴环结构能够包容炸成三块飞出的叶轮碎片。使用数值仿真计算再现了喷嘴环对叶轮碎片的包容过程,分析了各部件的关键行为特征。结果表明,由于碎片对喷嘴环有轴向的作用力分量,喷嘴环的安装边应该有足够的强度来承受轴向力;由于叶轮碎片最终带着一定的动能从喷嘴环的底部飞走,必须要有相应的部件来栏截捕获碎片;若将喷嘴环材料更换成TC4或2A12,在受到叶轮碎片的冲击时,喷嘴环仍能保持结构完整性,而减重效果且十分显著。
关键词:航空发动机,包容性,数值仿真,叶轮破裂,Johnson-Cook模型,多层机匣

目录
1.1研究背景 1
1.2研究进展 3
1.2.1国外研究状况 4
1.2.2国内研究状况 7
1.3研究内容 9
第二章机E包容性数值仿真方法之材料模型研究 11
2.1数值仿真分析流程 11
2.2 Johnson-Cook 模型 13
2.3 JC本构模型 14
2.3.1 JC本构模型参数实验测定方法 14
2.3.2 JC本构模型参数敏感性分析 15
2.4 JC失效模型 18
2.4.1 JC失效模型参数实验测定方法 18
2.4.2 JC失效模型参数敏感性分析 19
2.5本章小结 21
第三章机匣加筋结构对断叶包容能力的影响 22
3.1加筋靶板的打靶试验 23
3.1.1主要试验设备 23
3.1.2试验件 23
3.1.3试验结果 24
3.2打靶试验数值仿真分析 25
3.2.1有限元模型 25
3.2.2数值仿真结果及分析 27
3.3临界击穿速度计算公式分析 29
3.4本章小结 30
第四章U型结构组合机匣对轴流叶轮轮盘爆裂的包容性研究 31
4.1风扇级U型组合机E叶轮破裂包容试验 31
4.1.1 主要试验设备 31
4.1.2叶轮破裂形式 32
4.1.3试验关键技术指标 34
4.1.4叶轮切割方式 35
4.1.5试验结果 37
4.2包容试验数值仿真分析 38
4.2.1有限元模型 38
4.2.2数值仿真结果及分析 40
4.3多层机E对包容性影响 44
4.4机匣U型结构尺寸对包容性影响 45
4.5本章小结 48
第五章喷嘴环型机匣对离心叶轮轮盘爆裂的包容性研究 50
5.1涡轮级喷嘴环型机匣叶轮破裂包容试验 50
5.1.1试验关键技术指标 50
5.1.2试验结果 51
5.2包容试验数值仿真分析 52
5.2.1有限元模型 52
5.2.2数值仿真结果及分析 54
5.3喷嘴环材料对包容性影响 57
5.4本章小结 59
第六章总结与展望 60
6.1总结 60
6.2展望 61