● 摘要
航空发动机压气机轮盘是发动机的关键件，在高速旋转状态下，压气机轮盘的负荷很大，工作过程中一旦失效，后果将十分严重。高压压气机一级盘作为某发动机的关键件之一，在大修返厂检查时发现销孔11点或1点钟位置出现了裂纹，因此急需开展该盘的强度、寿命研究。本文主要研究内容及结论如下：（1）结合三维实体建模软件UG和有限元分析软件ANSYS，建立了某发动机高压压气机一级轮盘有限元模型并开展数值计算研究，通过应力应变分析找出其强度薄弱环节为销钉孔12点钟方向和6点钟方向；数值模拟结果表明：高压压气机一级盘前缘处裂纹扩展到深2.5mm时，6点钟的前缘处最大应力与正常盘比较提高了4.8%；当高压压气机一级盘前缘处裂纹穿透后，6点钟的前缘处最大应力与正常盘比较提高了7.5%；（2）用Monte-Carlo方法结合RBF神经网络进行疲劳寿命概率分析，预估高压压气机第一级轮盘的理论低循环疲劳寿命为3215个标准循环；（3）对高压压气机一级盘出现裂纹的情况进行了分析和研究，发现高压压气机一级盘的破坏模式是：前端轮缘12点区域出现裂纹，接着6点钟出现沿盘身径向向内扩展的裂纹，最终形成穿透性裂纹导致轮盘失效；（4）针对某发动机高压压气机一级轮盘的工作机理，并结合有限元应力应变分析结果，围绕带裂纹的高压一级轮盘低循环疲劳寿命试验方案开展相关计算和分析，并制定了相应的试验方案；（5）对某发动机带裂纹的高压压气机一级盘开展了低循环疲劳试验，试验结果表明：销钉孔12点钟区域出现裂纹后，随着使用循环数的增加将导致6点钟出现沿盘身径向向内扩展的裂纹；轮盘上的某一销钉孔出现裂纹后，较少的使用循环数后将在其它孔上也会出现裂纹，这将大大缩短轮盘的安全使用寿命。上述工作为确定该型发动机的安全寿命提供了参考依据。