检索结果-南通市图书馆

作者：董航沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

新一代航空发动机传动轴设计中,应用复合材料是时代大势,对纤维增强复合材料轴结构进行强度计算和优化设计是传动轴完整性分析必不可少的。针对纤维增强金属基复合材料轴结构强度计算和优化设计方法,本文从复合材料结构力学性能分析及... 详细信息

新一代航空发动机传动轴设计中,应用复合材料是时代大势,对纤维增强复合材料轴结构进行强度计算和优化设计是传动轴完整性分析必不可少的。针对纤维增强金属基复合材料轴结构强度计算和优化设计方法,本文从复合材料结构力学性能分析及强度计算的理论方法,复合材料传动轴结构铺层方案设计及动载荷下的强度计算、失效模式分析及疲劳寿命预测方法、强度优化设计方法四个方面开展研究:围绕复合材料结构力学性能,以宏观力学分析方法和细观力学分析方法结合为基础,分析单层和叠层复合材料的应力-应变关系、特征体积元特点以及复合材料力学本构关系;围绕复合材料结构强度计算,通过界面模型理论、最大应力准则、失效准则、渐进失效理论和应力系数的表征,形成了宏-细观综合分析复合材料轴结构的研究方法。建立复合材料结构轴结构分层复合结构模型,对复合材料轴结构的最优铺层方案进行设计,分别在铺层厚度不变的情况下计算得到最佳铺层角度和在铺层角度不变的情况下计算得到最佳铺层厚度。建立Si C/TC4复合材料RVE模型,计算复合材料细观结构在拉伸、压缩、剪切载荷下的纵横向强度参数,通过复合材料层合板力学性能试验进行验证。依据Hashin失效准则计算出正弦幅值动载荷下的动强度最为稳定,适合发动机持续变载荷工作。分析单层板,叠层板的失效模式,进而分析宏观的复合材料轴结构可能存在的失效模式,并绘制细观力学失效包线;基于无损检测声发射试验,开展复合材料轴结构静载失效模式分析。基于局部应力应变法,利用Manson-Coffin公式,计算复合材料轴结构低循环疲劳损伤寿命,并结合无损检测声发射试验,开展复合材料轴结构疲劳失效模式分析。采用响应面法对纤维增强金属基复合材料低压涡轮轴的强度优化,选择其优化参数,并确定响应值为最大Mises应力和最大蔡吴指数,获得响应面模型,并得到二阶响应面近似方程,从而求得响应值最优解时的各优化参数,将其应用于复合材料低压涡轮轴中,得到优化后的轴减重率为35.2%。通过遗传算法对铺层方案进行优化,得到优化结论:复材铺层数越多,对于传动轴减重越有效。

关键词：纤维增强复合材料轴结构强度失效模式疲劳寿命结构优化

纤维增强复合材料轴结构强度特性计算及失效模式分析

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纤维增强复合材料轴结构强度特性计算及失效模式分析

作者：黄靖轩沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

在新一代高推重比涡扇发动机设计中,复合材料轴结构强度和失效分析是低压涡轮轴结构完整性分析的重要组成部分。针对复合材料低压涡轮轴强度特性和失效分析问题,开展复合材料结构力学模型修正、轴结构承载能力及疲劳寿命计算、轴结构损... 详细信息

在新一代高推重比涡扇发动机设计中,复合材料轴结构强度和失效分析是低压涡轮轴结构完整性分析的重要组成部分。针对复合材料低压涡轮轴强度特性和失效分析问题,开展复合材料结构力学模型修正、轴结构承载能力及疲劳寿命计算、轴结构损伤失效分析和涡轮轴强度及失效分析四个方面的工作:基于宏-细观力学理论,结合跨尺度分析方法,建立复合材料宏观板材结构模型,施加横向拉伸与压缩载荷,预测模型的损伤行为及失效强度。建立细观力学RVE模型,基于内聚力理论,修正RVE模型,结合Si C/TC4力学性能试验,发现改进后的模型能更准确预测复合材料横向应力集中系数与强度。构建SiC/TC4宏观轴结构模型,计算轴结构的力学响应,利用Manson-Coffin公式,预测轴结构的疲劳寿命,依据Hashin失效准则,计算轴结构的承载能力,结合Si C/TC4轴结构试验,验证计算模型的准确性。基于无损检测与有损检测,开展复合材料轴结构静载失效模式与疲劳失效模式分析。利用宏观轴结构模型与细观RVE模型,跨尺度分析复合材料轴结构的损伤演化,并分析其失效机理,结果表明:反向静载作用下,失效模式分为界面损伤、基体开裂与纤维断裂三个阶段;正向静载作用下,失效模式分为基体开裂与纤维断裂两个阶段。建立SiC/TC4低压涡轮轴模型,对涡轮轴施加扭转、弯曲与轴向拉伸载荷,基于三维Hashin失效准则,模拟涡轮轴的损伤演化规律,开展失效机理分析,计算涡轮轴的各项强度。分析铺层角度对强度的影响规律,发现45°铺角的抗扭强度最大,0°铺角的抗弯及抗拉强度最大。

关键词：纤维增强复合材料轴结构宏-细观力学应力集中强度损伤演化失效分析

基于界面力学的纤维增强复合材料轴结构失效分析

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基于界面力学的纤维增强复合材料轴结构失效分析

作者：姜卓群沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

在新一代高推重比涡扇发动机设计中,复合材料轴结构的失效模式分析研究是低压涡轮轴结构完整性的重要组成部分。本文针对复合材料轴结构失效模式问题,开展了复合材料轴结构力学性能分析、横向拉伸载荷下应力集中系数的计算分析与含界面... 详细信息

在新一代高推重比涡扇发动机设计中,复合材料轴结构的失效模式分析研究是低压涡轮轴结构完整性的重要组成部分。本文针对复合材料轴结构失效模式问题,开展了复合材料轴结构力学性能分析、横向拉伸载荷下应力集中系数的计算分析与含界面的复合材料失效计算三个方面的工作:基于复合材料宏观力学理论,构建复合材料轴结构宏观力学分析模型,计算不同载荷与铺层方案下的轴结构宏观力学性能。分析表明不同温度载荷下,铺层角度为45°,铺层数为5层的复合材料轴结构的承受扭转载荷能力较好;铺层角度为90°,铺层数为5层的复合材料轴结构的承受拉伸载荷能力较好。针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料在横向拉伸荷载下基体产生应力集中的问题,提出了横向拉伸荷载下基体应力集中系数的表征方法,实现了单、双轴横向拉伸荷载下基体应力集中系数的计算,并通过Si C/TC4复合材料拉伸试验验证了计算模型的有效性。利用所建模型分析了纤维体积分数、材料组分与温度对基体横向拉伸应力集中系数的影响规律。基于复合材料细观力学理论,建立含有界面层的代表体积元模型,计算分析了界面的损伤过程,分析纤维、基体与界面的失效模式,并得到了封闭的复合材料细观力学失效包线。结合复合材料轴结构宏观力学分析,确定复合材料轴结构的失效强度。本文完成了复合材料轴结构失效分析工作,对纤维增强金属基航空发动机低压涡轮轴结构完整性研究具有重要的参考价值,为复合材料低压涡轮轴在航空发动机中的应用提供依据。

关键词：纤维增强复合材料轴结构失效模式界面失效应力集中

纤维增强复合材料涡轮轴结构渐进损伤失效分析

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纤维增强复合材料涡轮轴结构渐进损伤失效分析

作者：周颖沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

在新一代高推重比涡扇发动机设计中,复合材料轴结构的失效模式分析和承载能力预测是低压涡轮轴结构完整性分析的重要组成部分,为低压涡轮轴的设计和应用提供依据。针对复合材料涡轮轴结构失效模式分析和承载能力预测问题,开展了复合材... 详细信息

在新一代高推重比涡扇发动机设计中,复合材料轴结构的失效模式分析和承载能力预测是低压涡轮轴结构完整性分析的重要组成部分,为低压涡轮轴的设计和应用提供依据。针对复合材料涡轮轴结构失效模式分析和承载能力预测问题,开展了复合材料横向强度分析、非理想界面复合材料失效模式分析和复合材料涡轮轴渐进失效分析三个方面的工作:基于复合材料细观力学理论,提出在横向拉伸、压缩和剪切载荷下的复合材料应力集中系数及强度的计算方法,并开展SiC/TC4层合板试验,验证计算方法和模型的有效性。分析表明,选择纤维体积分数在35%～45%之间,且纤维与基体的弹性模量相差较小的组份材料,有利于提高复合材料承载能力。基于双线性内聚力模型,建立含界面的代表体积元模型,结合最大应力准则和最大位移准则分析界面损伤演化过程及其影响因素,提出考虑界面开裂的复合材料横向强度、界面开裂角及界面横向拉伸临界开裂载荷的计算方法,并进行试验验证,得出界面开裂使复合材料横向拉伸强度显著降低。以某型航空发动机低压涡轮轴为原型,建立基于Hashin失效准则的复合材料涡轮轴结构渐进失效分析模型,模拟轴结构在拉伸和扭转载荷作用下的损伤演化过程和失效模式,预测轴的拉伸和扭转强度。结果表明,温度越高,轴能承受的拉伸载荷和扭转载荷越小;0°铺层时轴拉伸强度最大,45°铺层时轴扭转强度最大,综合考虑拉伸强度和扭转强度时,±30°对称铺层为最优铺层方案。

关键词：纤维增强复合材料轴结构渐进失效分析应力集中界面开裂横向强度