关于飞机发动机抗疲劳的方法

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-04 阅读:717

  飞机发动机疲劳被称为机械构件的致命杀手,据统计,机械零部件的破坏很大比例是由疲劳引起的(根据不同的数据来源及统计方法,常见的比例在40%~90%)。


  发生在1842年的凡尔赛铁路事故、一个大型喷气客机“彗星”号的空中解体、美国F-15战斗机的空中解体、震惊德国高铁事故等知名灾难均源于金属的疲劳。

 

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  疲劳也是航空发动机部件失效的主要原因之一,根据1996年Cowles B等人对普惠公司军用发动机典型零部件失效模式的统计,在所有失效模式中,和疲劳相关的失效占到49%。


  民机和军机的失效模式比例或有不同,不同阶段比例也有变化,但足以说明疲劳在航空发动机零部件失效中所占比重。


  这里就给大家简单介绍下疲劳的基本概念、航空发动机中两类典型的疲劳问题、疲劳寿命预测的常见方法以及提高疲劳强度的常用方法。


  疲劳是指材料、零件和构件在循环载荷作用下,在某个点或某些点逐渐产生局部的性能变化,在一定循环次数后形成裂纹,并在载荷作用下继续扩展直到完全断裂的现象。最简单的例子就是拉不断的铁丝不断弯折就断了。


  疲劳破坏特点


  突然性:断裂时并无明显的宏观塑性变形,断裂前没有明显的预兆,而是突然地破坏;


  低应力:疲劳破坏在循环应力的最大值,远低于材料的抗拉强度或屈服强度的情况下就可以发生;


  重复载荷:疲劳破坏是多次重复载荷作用下产生的破坏,它是较长期的交变应力作用的结果,疲劳破坏往往要经历一定时间,与静载下的一次破坏不同;


  缺陷敏感:疲劳对缺陷(例如缺口、裂纹及组织缺陷)十分敏感,由于疲劳破坏是从局部开始的,所以它对缺陷具有高度的选择性;


  疲劳断口:疲劳破坏能清楚地显示出裂纹的发生、扩展和最后断裂三个组成部份。


  影响疲劳强度的主要因素


  影响疲劳强度的因素比较多,以下几类因素在航空发动机设计、制造中需要重点予以考虑。


  应力集中:疲劳源总是出现在应力集中的地方,必须注意构件的细节设计以避免严重的应力集中,比如加大剖面突变处的圆角半径;


  表面状态:疲劳裂纹常常从表面开始,所以表面状态对疲劳强度会有显著的影响,表面加工越粗糙,疲劳强度降低、越严重;


  温度:一般随着温度的升高,疲劳强度会降低。


  疲劳的分类


  疲劳有不同的分类方法,以下几类分类方法在航空发动机中经常遇到。大家要了解,不同的定义对应不同的分类标准,比如高周疲劳和低周疲劳只是从失效周次进行了划分,与应力状态、载荷工况没有关系;再比如热疲劳,主要描述了构件的载荷情况,与高周、低周没有关系。


  按失效周次:高周疲劳和低周疲劳


  按应力状态:单轴疲劳和多轴疲劳


  按载荷工况和工作环境:常规疲劳、高低温疲劳、热疲劳、热机械疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳、微动磨损疲劳和冲击疲劳。


  航空发动机抗疲劳常用方法


  我们了解疲劳相关的内容,最终目的是要预防或者减少航空发动机发生疲劳失效的情况,进行航空发动机的长寿命设计。如下这些措施常用于提高结构的疲劳强度:


  结构优化设计


  结构设计中尽量避免产生应力集中,对过渡圆角、螺栓孔等容易产生应力集中的部位进行优化,疲劳往往出现在这些应力集中部位。


  严格控制温度


  疲劳强度一般随着温度的升高急剧下降,不能为了性能达标而一味地提高温度。


  采用强化措施


  采用各种表面强化处理、孔挤压强化等。


  提高零件加工质量


  裂纹往往出现在材料缺陷或者加工缺陷位置,必须加强零部件加工制造工艺,严格控制关键位置的加工精度和加工质量,减少疲劳源,防止超差等质量问题引起的疲劳失效。


  疲劳作为航空发动机破坏的主要因素之一,其预测、预防是航空发动机设计中重要环节,希望上述简要介绍有助于大家了解航空发动机中疲劳相关概念,了解航空发动机疲劳失效模式及其预测、预防。

标签: 发动机
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