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几何参数对涡轮榫连接微动疲劳寿命的影响:试验

蒋康河 鄢林 陈竞炜 徐鲁兵 毛建兴 胡殿印 王荣桥

蒋康河, 鄢林, 陈竞炜, 等. 几何参数对涡轮榫连接微动疲劳寿命的影响:试验[J]. 航空动力学报, 2023, 38(6):1474-1480 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20230090
引用本文: 蒋康河, 鄢林, 陈竞炜, 等. 几何参数对涡轮榫连接微动疲劳寿命的影响:试验[J]. 航空动力学报, 2023, 38(6):1474-1480 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20230090
JIANG Kanghe, YAN Lin, CHEN Jingwei, et al. Effect of geometric parameters on fretting fatigue life of turbine attachment: test[J]. Journal of Aerospace Power, 2023, 38(6):1474-1480 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20230090
Citation: JIANG Kanghe, YAN Lin, CHEN Jingwei, et al. Effect of geometric parameters on fretting fatigue life of turbine attachment: test[J]. Journal of Aerospace Power, 2023, 38(6):1474-1480 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20230090

几何参数对涡轮榫连接微动疲劳寿命的影响:试验

doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20230090
基金项目: 国家自然科学基金(51875020,51905020,52022007); 国家科技重大专项(J2019-Ⅳ-0009-0077)
详细信息
    作者简介:

    蒋康河(1989-),男,高级工程师,博士,主要从事中小型涡轴发动机涡轮结构设计研究

    通讯作者:

    毛建兴(1989-),男,副研究员、博士生导师,博士,主要从事结构强度可靠性研究。E-mail:maojx@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V231.95

Effect of geometric parameters on fretting fatigue life of turbine attachment: test

  • 摘要:

    针对涡轮榫连接结构微动疲劳行为及损伤表征开展了试验研究。设计了具有不同压力角、齿形角和齿距的7种榫连接结构,在高低周载荷下开展了疲劳试验,所有构型的榫头第2齿发生微动疲劳失效,并根据试验结果总结了榫连接结构几何参数对微动疲劳的影响规律:随着压力角、齿距的增大,微动疲劳寿命逐步降低;而随着齿形角增大,微动疲劳寿命先基本不变,后大幅增加。试验结果为揭示高低周复合疲劳载荷下的榫连接结构失效机理提供了重要依据,为榫连接结构微动疲劳损伤控制参量选取和模型验证提供了数据支撑。

     

  • 图 1  枞树型榫连接结构几何参数示意图

    Figure 1.  Geometric parameters of fir-type attachment

    图 2  夹具宽度对相对滑移距离的影响规律

    Figure 2.  Effect of fixture width on relative slip distance

    图 3  榫连接结构试验件几何模型及尺寸(单位:mm)

    Figure 3.  Geometric model and dimensions of the specimen for attachment (unit: mm)

    图 4  榫连接结构试验装置

    Figure 4.  Test device for turbine attachment

    图 5  高低周载荷谱

    Figure 5.  Load spectrum of high and low load

    图 6  不同榫连接结构疲劳试验结果

    Figure 6.  Fatigue test results for different attachments

    图 7  榫连接结构微动疲劳失效示意图

    Figure 7.  Schematic diagram of fretting fatigue failure of attachment

    图 8  榫连接结构几何参数对微动疲劳寿命的影响

    Figure 8.  Effect of geometrical parameters of attachment on the fretting fatigue life

    表  1  涡轮榫槽及榫头材料力学性能

    Table  1.   Material properties of the turbine mortise and tenon

    材料温度/℃弹性模量/GPa切变模量/GPa泊松比
    GH4720Li23225.00.345
    GH4720Li600190.00.370
    GH4720Li650185.00.375
    DD41220129.9127.60.365
    DD412600114.5125.00.417
    DD412700108.0114.60.422
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    表  2  不同榫连接结构改变的尺寸参数

    Table  2.   Dimensional parameters changed with different attachments

    编号压力角β/(°)齿形角γ/(°)齿距t/mm
    A027.5594.797
    A1-122.5594.797
    A1-232.5594.797
    A2-122.5554.797
    A2-222.5654.797
    A3-122.5655.297
    A3-222.5654.297
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    表  3  不同榫连接结构疲劳试验结果

    Table  3.   Fatigue test results for different attachments

    编号平均寿命/cycle标准差/cycle变异系数断裂位置
    A02 0755510.036 9榫头下齿面
    A1-16 88917170.028 7榫头下齿面
    A1-21 7913300.024 9榫头下齿面
    A2-17 11524540.041 4榫头下齿面
    A2-214 99927310.018 8榫头下齿面
    A3-16 7456570.011 1榫头下齿面
    A3-218 28347520.024 9榫头下齿面
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  • 收稿日期:  2023-02-20
  • 网络出版日期:  2023-04-29

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