基于LAMMPS的航空发动机叶片断裂研究

作     者：吴延松 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：白杰

授予年度：2014年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：航空发动机 转子叶片 断裂研究 LAMMPS 近场动力学 

摘      要：为了提高航空发动机的安全性,就需要全面考虑碎片运动特征,因此需要进行航空发动机转子叶片的断裂研究,为发动机的安全提供依据。本文考虑到涡轮转子叶片更加复杂的工作环境,选择航空发动机压气机转子叶片为研究对象。首先使用断裂力学理论分析了叶片的宏观断裂机理,又使用位错理论对叶片微观裂纹的萌生机理进行了研究分析。运用分子动力学软件大规模原子分子并行模拟器(Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator,LAMMPS)中的近场动力学方法(Peridynamics,PD)探究航空发动机压气机转子叶片的微观断裂机理,分析了近场动力学方法和传统理论之间的关系。在研究叶片断裂问题时,叶片原子间势函数的研究至关重要。为了研究多元素合金的叶片断裂,本文将嵌入原子法引入到近场动力学方法中,采用嵌入原子势(EAM)的方法来计算近场动力学中的势函数,分析得到了运用嵌入原子法之后的近场动力学运动方程,对运动方程进行离散化计算,通过分析多元素合金嵌入原子势函数参数的确定来研究将嵌入原子法引入到近场动力学方法的可行性。最后,本文使用LAMMPS中的近场动力学方法建立航空发动机转子叶片二维矩形平板模型和三维模型。使用VMD软件对计算结果进行可视化转化,并通过一系列的计算结果和应力应变曲线对叶片模型进行断裂仿真分析,分析得到了影响叶片断裂的主要因素,并对预防叶片失效断裂提出了相应的技术措施,为航空发动机的安全性研究提供依据。