涡轮盘篦齿裂纹扩展的有限元数值模拟

摘要：

为了详细考察篦齿裂纹的扩展规律,对篦齿裂纹从齿尖一直扩展到即将完全穿透篦齿环的过程进行了数值模拟.含篦齿裂纹的涡轮盘有限元模型采用子模型法建立,使用M积分计算裂纹前沿的应力强度因子;在确定篦齿裂纹前沿每一节点处的局部扩展方向及距离后,通过样条曲线拟合出新裂纹前沿,并依靠自适应网格划分实现裂纹区有限元网格的更新.数值模拟结果表明,篦齿根部过渡圆角顶部可以视为裂纹缓慢扩展阶段与快速扩展阶段的分界点,在此之前篦齿裂纹以穿透型裂纹的形态以较低的速度进行扩展,在此之后篦齿裂纹开始向表面裂纹进行转化,并且平均扩展速度大大增加,分界点前的裂纹扩展寿命是之后的数倍.此外,由数值模拟结果还可以发现,增大篦齿根部过渡圆角半径以及减小相邻篦齿的间距,均有助于延缓篦齿裂纹的扩展.

关键词：篦齿裂纹、涡轮盘、裂纹扩展、应力强度因子、疲劳寿命

所属期刊栏目：23

分类号：V231.95;O346.2(航空发动机（推进系统）)

资助基金：上海市“引进技术消化与吸收”专项资金资助12XI-04;上海科委科研计划项目13DJ1400200

在线出版日期：2016-07-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：152-159,165