● 摘要
针对某型发动机涡轮叶片所发生的断裂故障，本文对其双榫带冠涡轮叶片的振动特性进行了计算分析与研究，以鉴定故障原因是否为振动疲劳所致，进而为排除故障提供参考和依据。本文采取第一步分析单个叶片振动特性，第二步分析双叶片振动特性，第三步再重点分析叶-盘整体耦合振动特性的步进分析模式，并选用商业软件ANSYS来完成有限元的计算、分析工作。首先，计算了单个叶片以及双叶片的振动特性，并与试验结果对比，以检验模型和计算方法的精度。其次，在上述工作基础上计算了叶-盘整体的耦合振动特性，在此过程中分三种边界条件来模拟叶冠和双榫接触对的接触条件。接着，根据计算结果并结合外场实际对故障是否为振动疲劳所致，做了一定分析、判断。最后，为了验证计算结果，实现故障再现，本文对此结构的振动疲劳试验方案也作了一定研究。本文较真实地模拟了叶-盘的工作条件；在共振分析中，提出将发动机工作区域划分为类型不同的三块，使计算分析结果与外场实际结合的更为紧密；通过一定方法模拟出了叶片的工作应力，设计的试验方案可实现故障再现或者振动疲劳性能的对比研究。研究结果和叶片在外场出现的故障相对比之后可以看出：本文对于双榫带冠涡轮叶片振动特性的分析是合理与全面的，并且研究方法及试验方案也可应用于类似结构（压气机带凸肩叶片等）的相关计算分析。