航空发动机机匣包容性机理及数值仿真方法研究
航空发动机机匣包容问题非常复杂，涉及大变形、材料粘塑性和失效，以及极短时间内发动机各部件之间大量整体和局部高速高能相互作用，包含多种非线性特性。本文结合打靶试验、模拟机匣/叶片包容试验和真实风扇和涡轮机匣/叶片包容试验，采用理论分析和数值仿真相结合的方法，对以下问题进行了研究: (1)进行了平板和机匣受圆柱弹和叶片弹撞击的对比研究。通过打靶试验，使用理论方法对靶板抗击穿性能和弹体侵彻能力进行了研究，对靶板吸能模式进行了分类，并给出了相应的能量计算公式。为计算叶片弹撞击情况下靶板凹陷变形能，提出了基于任意截面形状弹体撞击靶板的凹陷能量计算方法和公式。同时，理论分析了叶片弹体头部破碎和靶板失效模式转变机制，数值仿真研究了偏航角对叶片弹撞击靶板的影响。 (2)建立了航空发动机机匣/叶片包容性数值仿真方法。以高速旋转试验台上进行的一次模拟机匣/叶片包容试验为研究对象，采用ANSYS/LS-DYNA程序，评估了网格尺寸、接触刚度罚因子和摩擦系数对数值仿真结果的影响。研究结果表明，这些因素影响叶片与机匣之间的相互作用力、能量的转换和转化、机匣和叶片的变形及失效等。基于此，建立了适用于金属材料机匣/叶片包容性问题的数值仿真方法，并使用其它次包容试验对此方法进行了验证。 (3)深入研究了风扇机匣/叶片包容机理。使用建立的数值仿真方法对真实风扇机匣/叶片包容性进行了数值仿真计算，随后进行了真实风扇机匣/叶片包容试验，通过比较数值仿真与试验结果，验证了数值仿真结果的合理性和数值仿真方法的适用性。采用验证后的数值仿真模型，对风扇机匣/叶片包容机理进行了详细的分析，研究了叶片之间相互作用和转速对包容过程的影响。 (4)深入研究了涡轮机匣/叶片包容机理。与风扇机匣/叶片包容机理研究方法类似，通过涡轮机匣/叶片包容试验验证了数值仿真结果的正确性和数值仿真方法的合理性，使用数值仿真对涡轮机匣/叶片包容机理进行了详细的研究。结果表明，涡轮机匣/叶片包容机理与风扇机匣/叶片相比存在较大差异，叶片之间相互作用和转速对包容过程的影响也明显不同。
航空发动机机匣;包容性机理;数值仿真方法;弹体破碎;失效模式;吸能机制;叶片相互作用
浙江大学
博士
化工过程机械
吴荣仁;宣海军;洪伟荣
2012
中文
V231.91
191
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）