留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

几何参数对涡轮榫连接微动疲劳寿命的影响:仿真

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:仿真[J]. 航空动力学报, 2023, 38(7):1734-1739 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20230091
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:仿真[J]. 航空动力学报, 2023, 38(7):1734-1739 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20230091
JIANG Kanghe, YAN Lin, CHEN Jingwei, et al. Effect of geometric parameters on fretting fatigue life of turbine attachment: numerical simulation[J]. Journal of Aerospace Power, 2023, 38(7):1734-1739 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20230091
Citation: JIANG Kanghe, YAN Lin, CHEN Jingwei, et al. Effect of geometric parameters on fretting fatigue life of turbine attachment: numerical simulation[J]. Journal of Aerospace Power, 2023, 38(7):1734-1739 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20230091

几何参数对涡轮榫连接微动疲劳寿命的影响:仿真

doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20230091
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方面的研究

    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方面的研究。E-mail:maojx@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V231.95

Effect of geometric parameters on fretting fatigue life of turbine attachment: numerical simulation

  • 摘要:

    基于涡轮榫连接结构高低周疲劳试验结果,确定微动疲劳损伤控制参量并建立寿命预测模型。建立涡轮榫连接结构的参数化模型,开展有限元计算,结合试验数据分析了等效应力、接触压力、摩擦力、滑移量等多种损伤参量与微动疲劳寿命的相关性,发现综合考虑疲劳和磨损的FFD(fretting fatigue damage)参量与寿命的相关性最高,相关系数达97%。基于幂函数形式拟合了FFD参量与微动疲劳寿命的关系式,榫连接结构的微动疲劳寿命预测误差在1.5倍分散带内。开展了FFD参数对几何参数的敏感性分析,从数值仿真角度获取不同几何参数对微动疲劳寿命的影响规律:微动疲劳寿命对压力角最敏感,且呈现负相关性。

     

  • 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  榫连接结构有限元模型

    Figure 2.  Finite element model of attachment

    图 3  试验载荷下榫连接结构von Mises等效应力分布

    Figure 3.  Von Mises stress distribution of attachment under test load

    图 4  损伤参量与微动疲劳寿命的相关性

    Figure 4.  Correlation between damage parameters and fretting fatigue life

    图 5  榫连接结构FFD参量计算结果

    Figure 5.  Calculation of FFD parameters for attachment

    图 6  榫连接结构微动疲劳寿命预测结果

    Figure 6.  Prediction results of fretting fatigue life of attachment

    图 7  FFD参量随关键几何尺寸的变化规律

    Figure 7.  Variance of FFD on key dimensional parameters

    图 8  FFD参量对关键几何尺寸的敏感性分析

    Figure 8.  Sensitivity analysis of FFD on key dimensional parameters

    图 9  微动疲劳寿命随关键几何尺寸的变化规律

    Figure 9.  Variance of fretting fatigue life on key dimensional parameters

    图 10  微动疲劳寿命对关键几何尺寸的敏感性分析

    Figure 10.  Sensitivity analysis of fretting fatigue life on key dimensional parameters

    表  1  榫连接结构关键尺寸参数取值范围

    Table  1.   Value range of key dimensional parameters for attachment

    尺寸参数取值范围
    压力角β/(°)22.5~32.5
    齿形角γ/(°)55~65
    齿距t/mm4.797~5.297
    下载: 导出CSV
  • [1] 周仲荣. 微动磨损[M]. 北京: 科学出版社, 2002.
    [2] 何明鉴. 机械构件的微动疲劳[M]. 北京: 国防工业出版社, 1994.
    [3] WATERHOUSE R B. Fretting fatigue[J]. Materials Science and Engineering,1976,37(1): 77-98.
    [4] BHATTI N A,WAHAB M A. A numerical investigation on critical plane orientation and initiation lifetimes in fretting fatigue under out of phase loading conditions[J]. Tribology International,2017,115(11): 307-318.
    [5] SZOLWINSKI M P,FARRIS T N. Mechanics of fretting fatigue crack formation[J]. Wear,1996,198(1/2): 93-107.
    [6] LYKINS C. An evaluation of parameters for predicting fretting fatigue crack initiation[J]. International Journal of Fatigue,2000,22(8): 703-716. doi: 10.1016/S0142-1123(00)00036-0
    [7] LYKINS C D,MALL S,JAIN V. A shear stress-based parameter for fretting fatigue crack initiation[J]. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures,2001,24(7): 461-473.
    [8] NAMJOSHI S A,MALL S,JAIN V K,et al. Fretting fatigue crack initiation mechanism in Ti-6Al-4V[J]. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures,2002,25(10): 955-964.
    [9] 徐友良,崔海涛,陈伟. 基于临界面法的燕尾榫连接结构微动疲劳寿命预测[J]. 航空动力学报,2013,28(3): 489-493. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2013.03.002

    XU Youliang,CUI Haitao,CHEN Wei. Fretting fatigue life prediction based on critical plane approach for dovetail joint[J]. Journal of Aerospace Power,2013,28(3): 489-493. (in Chinese) doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2013.03.002
    [10] HU C,WEI D,WANG Y,et al. Experimental and numerical study of fretting fatigue in dovetail assembly using a total life prediction model[J]. Engineering Fracture Mechanics,2019,205: 301-318. doi: 10.1016/j.engfracmech.2018.08.001
    [11] LEMAITRE J. A course on damage mechanics[M]. Berlin: Springer, 1992.
    [12] ZHANG T,MCHUGH P E,LEEN S B. Finite element implementation of multiaxial continuum damage mechanics for plain and fretting fatigue[J]. International Journal of Fatigue,2012,44(2): 260-272.
    [13] HOJJATI-TALEMI R,WAHAB M A,GINER E,et al. Numerical estimation of fretting fatigue lifetime using damage and fracture mechanics[J]. Tribology Letters,2013,52(1): 11-25. doi: 10.1007/s11249-013-0189-8
    [14] 李奇璇. 圆弧榫连接结构微动疲劳寿命预测模型研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2015.

    LI Qixuan. Research on fretting fatigue life prediction of dove-tailed joint with arc contact surface[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2015. (in Chinese)
    [15] 邢泽宇,张宏建,于子强,等. ZSGH4169榫连接结构微动疲劳试验[J]. 航空动力学报,2021,36(11): 2410-2417.

    XING Zeyu,ZHANG Hongjian,YU Ziqiang,et al. Fretting fatigue test of ZSGH4169 dovetail structure[J]. Journal of Aerospace Power,2021,36(11): 2410-2417. (in Chinese)
    [16] 石炜,温卫东,崔海涛. 榫连接结构微动疲劳寿命研究[J]. 航空动力学报,2014,29(1): 104-110. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2014.01.013

    SHI Wei,WEN Weidong,CUI Haita. Research on fretting fatigue life of dovetail joint[J]. Journal of Aerospace Power,2014,29(1): 104-110. (in Chinese) doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2014.01.013
    [17] RUIZ C,BODDINGTON P,CHEN K C. An investigation of fatigue and fretting in a dovetail joint[J]. Experimental Mechanics,1984,24(3): 208-217. doi: 10.1007/BF02323167
    [18] DING J,SUM W S,SABESAN R,et al. Fretting fatigue predictions in a complex coupling[J]. International Journal of Fatigue,2007,29(7): 1229-1244. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2006.10.017
    [19] 古远兴,温卫东,崔海涛. 高低周载荷作用下燕尾榫结构的微动疲劳寿命预测[J]. 推进技术,2008,158(2): 240-243. doi: 10.3321/j.issn:1001-4055.2008.02.022

    GU Yuanxing,WEN Weidong,CUI Haitao. Prediction of fretting fatigue life of dovetail joint under high-cycle and low-cycle load[J]. Journal of Propulsion Technology,2008,158(2): 240-243. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1001-4055.2008.02.022
  • 加载中
图(11) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  588
  • HTML浏览量:  233
  • PDF量:  101
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-20
  • 网络出版日期:  2023-05-10

目录

    /

    返回文章
    返回