摘要：为研究激光冲击强化对某型离心叶轮外物损伤后疲劳强度的影响,设计了反映真实叶片前缘部位的特征模拟件,并结合空气炮法模拟外物损伤,对比有/无激光冲击强化模拟件的高周疲劳试验结果,发现经激光冲击强化处理后,模拟件的疲劳强度提高约37%。同时,开展了激光冲击强化以及外物损伤后的残余应力/应变场数值仿真,结合Kitagawa-Takahashi(K-T)图法建立了考虑外物损伤与激光冲击强化的疲劳强度预测方法,与试验结果相比平均误差为7.3%,验证了方法的有效性。

摘要：航空发动机转子部件众多,多部件高维复杂系统计算量大,导致动力学分析困难、计算时间长,进而影响转子结构设计和动力学验证的效率。基于部件模态综合方法,提出一种针对多部件高维复杂系统降维计算的多级模态减缩策略。对每个单独的子结构利用固定界面模态减缩,并行减缩各子结构的内部自由度,同时完整保留子结构间的耦合关系。通过子结构组合定义新一级的子结构,应用多级模态减缩策略提升降维减缩效果,结合多重模态减缩方法,构建界面分支模态,可显著降低转子有限元模型的维数,同时保留关键子结构的动力学特征和系统整体关键动力学特性。此计算策略被用于某弹用发动机转子系统低维减缩模型的建立,利用减缩模型提升了转子动力学分析的效率,加速轴承刚度参数的优化设计。研究结果表明,与ANSYS计算相比,转子动力学分析所需时间降低了99.5%,精度误差不超过0.1%,该计算策略可用于多部件高维复杂系统的快速分析。

摘要：疲劳小裂纹扩展作为疲劳开裂过程中的关键阶段之一,显著影响着材料和结构的疲劳断裂过程.因具有速率波动和扩展路径偏转等特点,小裂纹效应给材料和结构疲劳寿命预测结果带来了不确定性,从而影响燃气涡轮发动机等机械结构的服役安全.本文围绕燃气涡轮发动机关键部件材料的疲劳小裂纹扩展问题,首先总结了当前疲劳小裂纹的扩展规律及其对疲劳寿命的影响规律;其次,针对先进燃气涡轮发动机关键部件常用的多晶合金和单晶合金,揭示了疲劳小裂纹的萌生和扩展机理;再次,对疲劳小裂纹扩展模型进行了总结,且指出了各模型的优缺点;从次,重点针对先进燃气涡轮发动机热端部件的工作环境,综述了热腐蚀/氧化介质中的疲劳小裂纹扩展行为和模型;最后,对当前疲劳小裂纹相关研究进行了总结,且结合燃气涡轮发动机领域提出了未来的研究趋势与方向.本文以期为先进燃气涡轮发动机关键部件的设计、安全评估和寿命预测提供理论知识和科学方法.

摘要：针对加筋板等工程周期结构在使用工况中的减振需求,提出一种利用结构中禁带特性进行减振的设计方法。禁带是指周期结构内一段弹性波无法传播的频带,通过设计周期结构,使之在特定频带内产生禁带,就可以对结构中的弹性波实施调控。基于此学术思想,建立了基于禁带特性的加强筋设计方法,解决了包括基于禁带特性的减振性能评估、禁带选取、多维参数空间的稀疏采样在内的关键技术。随后以正交加筋板为例,设计了筋条的高度和宽度,实现带宽为500Hz的禁带。基于强迫响应分析,得出了不同边界条件、材料失谐等实际因素对周期结构减振性能影响较小的结论。同时还基于结构柔顺度对加筋板进行了静力学分析和校核,发现利用该方法设计的加筋板也具有较高的静刚度,满足工程要求。

摘要：为了解决转子叶片/叶鼓系统与静子在模态频率接近且具有相同节径数时可能发生的流致转静子耦合振动问题,提出了一种基于位移与应变能密度分布的正向加筋调频设计方法,为结构调频设计提供了理论依据。该方法适用于有限元模型,且通过一次模态计算即可初步判断加筋区域,显著缩短设计周期。以提高安全工作裕度为目标,使用该方法对某型发动机增压级转/静子进行加筋调频设计,并探究了加强筋的结构参数对转/静子模态特性的影响。通过加筋设计,该型增压级转/静子危险模态下的共振裕度从3.47%提高到10.56%。该方法具有良好的通用性,同样适用于其他型号发动机的结构加筋调频设计。

摘要：为了在航空航天领域更好地利用形状记忆合金(shape memory alloys,SMA)的形状记忆效应和超弹性两方面的突出力学特性,综述了SMA在材料与工艺、本构模型、形状记忆效应应用和超弹性应用方面的研究进展。主要探讨了NiTiHf、NiTiAu等三元高温合金、SMA热处理工艺和3D打印工艺、形状记忆效应和超弹性本构模型、利用形状记忆效应设计的SMA丝、管、弹簧和带驱动器、利用超弹性设计的减振器、自适应结构等在航空航天领域的应用研究特点,并指出当前存在的不足。该研究结果表明:随着材料、工艺、控制、信息技术的融合发展,SMA的应用研究将向着更宽的工作温度范围、结构多样化以及智能化方向发展。

摘要：为适应自约束参数化建模方法所导致的非正交参数取值范围,提出了将传统正交设计空间的抽样点映射到非正交空间的映射方法。构建了基于机器学习逻辑回归的可行域边界识别方法,对样本空间响应是否满足相关准则进行判断。将此方法应用于某高压涡轮二齿和三齿榫接结构,发现某发动机初步设计方案会导致在详细设计阶段无法获得满足设计要求的榫接结构,需将榫接结构参数前置至初步设计阶段,与上级参数共同设计,防止其在详细设计阶段成为设计难点。通过边界识别方法发现,转速降低为15 575 r/min或轮盘外径降低为303 mm时可以设计出二齿榫接结构;转速降低为15 584 r/min或轮盘外径降低为301 mm时可以设计出三齿榫接结构。该方法可以作为发动机初步设计阶段各学科之间的一个迭代反馈信息,在发动机其他细节结构设计上具有推广性。

摘要：针对涡轮榫连接结构微动疲劳行为及损伤表征开展了试验研究。设计了具有不同压力角、齿形角和齿距的7种榫连接结构,在高低周载荷下开展了疲劳试验,所有构型的榫头第2齿发生微动疲劳失效,并根据试验结果总结了榫连接结构几何参数对微动疲劳的影响规律:随着压力角、齿距的增大,微动疲劳寿命逐步降低;而随着齿形角增大,微动疲劳寿命先基本不变,后大幅增加。试验结果为揭示高低周复合疲劳载荷下的榫连接结构失效机理提供了重要依据,为榫连接结构微动疲劳损伤控制参量选取和模型验证提供了数据支撑。

摘要：建筑结构的声振特性是衡量建筑舒适性的重要指标之一,也是直接影响建筑使用寿命的重要因素,开展建筑结构声振特性优化的设计方法研究具有重要的工程意义。以建筑结构为研究对象,将其看作声固耦合系统——固体域为混凝土材质的楼板和墙壁板构成的长方体结构,结构内部腔体填满可压缩空气。引入分支模态发展了多重模态综合理论,建立了基于子结构固定界面模态、连接面分支模态和声学体自由子结构模态的减缩模型,极大地提升了声固耦合系统声振特性的分析效率;基于该减缩模型发展了一套建筑结构内部声压级优化方法,重点分析了建筑结构内部声压级与墙壁厚度、楼板-墙壁连接面上刚度之间的定量关系,并以腔体内部平均声压级为优化指标给出了优化策略。本文所提出方法和分析结果可为建筑结构声振特性的分析和设计提供参考。

摘要：介绍了增材制造技术在航空发动机中的应用现状,重点论述航空发动机中增材制造结构强度、寿命评估与设计等关键技术的研究进展。分别从增材制造缺陷的无损检测方法与等效准则、考虑缺陷影响的关重件强度与寿命预测方法,以及创新结构一体化设计技术等方面探讨了现有研究进展、存在不足,以及发展趋势。结果表明:航空发动机中增材制造结构强度、寿命评估处于起步阶段,大多针对增材制造材料及简单结构的单一失效模式,仍需在复合疲劳失效、“结构特征-广布缺陷-表面形貌”多因素耦合失效等方面开展研究,从而发展适用于航空发动机增材制造结构的数据驱动评估方法、损伤容限设计方法以及专用试验技术。