发动机叶片残余应力测试与分析

用X射线衍射分析法,对某型发动机压气机第1,2级转子叶片（马氏体不锈钢）的新叶片、不同寿命工作叶片以及有裂纹故障叶片分别进行了对比性试验,研究了发动机叶片残余应力变化与工作状况的关系。试验结果表明：随着叶片工作时间的增加,残余压应力逐渐减小,断裂危险区域残余压应力明显松弛,残余应力衰减为原应力的1/3。通过对叶片残余应力的跟踪测试,可以监控叶片的工作状况,评定其疲劳损伤程度和安全工作质量。     

涡轴发动机燃气涡轮叶片热腐蚀机理分析与改进

目的 提高航空发动机燃气涡轮工作叶片的结构完整性、安全性和可靠性。方法 以某型涡轴发动机燃气涡轮转子叶片热腐蚀案例为研究对象,详细阐述热腐蚀下燃气涡轮转子叶片的结构破坏形式,分析发生热腐蚀部位的分布规律。通过冶金分析方法,研究燃气涡轮转子叶片的热腐蚀-疲劳失效形式。结果 燃气涡轮叶片高摩擦系数的区域在高温燃气的冲刷效应以及热盐腐蚀的作用下,发生表面涂层腐蚀剥落。涂层腐蚀剥落部分的叶片合金基体受到高温燃气的氧化与侵蚀后,形成了热腐蚀坑。腐蚀坑表面的凹凸处出现应力集中,并萌生裂纹,最终引起叶片疲劳断裂。结论 探究了典型腐蚀性物质对燃气涡轮转子叶片的耐高温涂层与镍基合金基体侵蚀与氧化的化学本质,最后针对燃气涡轮转子叶片热腐蚀问题提出了改进建议,可对防范航空涡轴发动机热腐蚀问题提供有益参考。     

某新型航空发动机压气机叶片服役环境适应性研究初探

目的 开展某新型航空发动机压气机叶片服役环境适应性研究,探究压气机叶片服役环境下的耐蚀性及腐蚀萌生周期.方法 采用电化学工作站,开展压气机材料典型环境下标准三电极电化学试验,获取腐蚀电流.结合机场环境谱与当量折算法,利用计算得到的当量折算系数,对机场环境谱进行当量折算,编制模拟该型发动机后续服役环境的仿真加速腐蚀试验环境谱.依据该环境谱,开展压气机叶片试件仿真加速腐蚀试验.结果 在模拟服役环境下的第8个当量腐蚀年限时,新型航空发动机压气机叶片开始出现局部点蚀.随着腐蚀年限的延长,腐蚀损伤程度逐渐加重.结论 在服役环境下,新型航空发动机压气机叶片具有良好的环境适应性,能够满足6～8 a首翻期内的环境适应性要求.     

某活塞式航空发动机汽缸断裂分析

分析了某活塞式航空发动机汽缸缸体断裂的原因。宏观和微观观察表明,缸体的断裂性质为疲劳断裂,疲劳起源于缸体与缸头连接螺纹的起始处,晶间腐蚀是导致疲劳断裂的直接原因。能谱分析表明疲劳源区的腐蚀元素是氧,属于大气腐蚀。分析认为腐蚀发生于发动机长期存放过程中。     

腐蚀损伤对LY12CZ铝合金疲劳寿命的影响研究

对LY12CZ铝合金在EXCO溶液中进行了不同时间的加速腐蚀。通过扫描电镜研究不同腐蚀时间后LY12CZ铝合金的腐蚀损伤,腐蚀损伤的严重程度用腐蚀面积率和腐蚀深度描述。通过对比性疲劳试验获得了腐蚀损伤对LY12CZ铝合金疲劳寿命的影响,为飞机日历寿命评定和飞机结构腐蚀的研究提供了试验依据。     

腐蚀疲劳交替环境下0Cr16Ni5Mo1不锈钢的损伤行为研究

目的 研究腐蚀疲劳交替环境下0Cr16Ni5Mo1不锈钢的损伤行为。方法 通过开展0Cr16Ni5Mo1不锈钢在不同腐蚀疲劳交替次数下的试验,分析腐蚀疲劳交替频率对疲劳寿命、表面形貌等的影响规律,明确其腐蚀疲劳交替损伤机理。结果 腐蚀时间一定时,0Cr16Ni5Mo1不锈钢试验件的疲劳寿命随着腐蚀疲劳交替频率的增加而增加。交替频次较低时,疲劳断裂部位主要发生在试验件表面或侧面的腐蚀损伤处;交替频次较高时,疲劳断裂部位开始内部缺陷处出现。试验件表面附着的腐蚀产物随着交替周期的进行而减少,但随着交替次数的增加,基体截面深处出现腐蚀产物。结论 0Cr16Ni5Mo1不锈钢试验件的疲劳寿命随交替次数的增加呈现指数函数规律的增长趋势。腐蚀-疲劳交替作用下,0Cr16Ni5Mo1不锈钢的表面腐蚀损伤形式主要为点蚀,裂纹主要萌生于试件表面的缺陷处,腐蚀加速了裂纹萌生的进程。交替次数的增加促进了表面和缺陷处钝化膜的生成,以及腐蚀产物在缺陷内部的堆积,从而使试验件寿命增大。     

抽油杆疲劳性能实验分析

目的有效地预防和减少因抽油杆断裂导致的油井修井作业,进一步降低油田开发成本。方法采用岛津电液伺服疲劳试验机,对D级和H级抽油杆进行材质成分分析,测试力学性能、空气和腐蚀介质下疲劳强度、拉压载荷对疲劳性能的影响,并进行对比分析。结果 H级抽油杆的力学性能优于D级抽油杆。随着含水量的增加,两种抽油杆的抗疲劳性能均降低,在空气中,H级抽油杆的疲劳性能均优于D级抽油杆。在腐蚀环境中,D级抽油杆的疲劳性能优于H级抽油杆,并且两种抽油杆所受拉压载荷对疲劳均有一定影响。结论含水是影响抽油杆腐蚀疲劳性能的关键因素,H级抽油杆应在低含水区块应用,D级抽油杆在中高含水区块应用。抽油杆中和点以下产生的附加拉应力是导致抽油杆偏磨的直接原因,在中和点以下应优化扶正防磨设计。在中高含水区块,应加大对服役年限较长抽油杆的更换力度,以减少和预防抽油杆断裂事故的发生。     

腐蚀时间和温度对LY12CZ铝合金疲劳强度的影响

在实验室环境下对LY12CZ铝合金试验件进行溶液浸泡预腐蚀试验,产生腐蚀坑,使用KH-7700显微镜获得了不同腐蚀时间和腐蚀温度条件下的损伤数据,然后进行疲劳加载试验,建立了不同腐蚀时间和腐蚀温度与疲劳寿命之间的关系。试验结果表明,腐蚀时间和温度对铝合金的预腐蚀损伤及相应的疲劳寿命有着显著影响。     

LY12CZ航空铝合金腐蚀疲劳断口研究

借助扫描电镜以及能谱分析技术对预腐蚀LY12CZ铝合金疲劳断口形貌进行了研究,分析了腐蚀疲劳断口形貌与合金中的Si,Mg等元素以及腐蚀损伤对断裂过程的影响。结果表明疲劳断口是以韧性为主的多源性断口。腐蚀坑使得材料局部力学性能退化,成为裂纹萌生源。合金化过程中控制合适的Mg,Si等强化相元素含量,能够使强度与塑性相匹配,从而提高材料的抗疲劳性能。     

飞机某模拟涂装试样加速腐蚀与自然暴露的对比研究

目的研究飞机某结构模拟试样加速腐蚀试验与自然暴露试验的相关性。方法选取飞机某结构模拟试样分别进行实验室加速腐蚀试验和海南西沙外场自然暴露试验,以宏/微观形貌、失光率、色差等级、腐蚀产物成分等作为评价指标,对试样表面涂层的腐蚀损伤情况进行长期观测和对比研究,对加速腐蚀2个周期和户外暴露2年的疲劳试样疲劳寿命和疲劳断口形貌进行对比分析。结果加速腐蚀试验2个周期和自然暴露试验2年试样的试验过程色差变化规律一致,色差变化等级均为2级,光泽度变化规律一致,加速腐蚀试验后为3级,户外自然暴露户外为4级、棚下为3级,在螺钉边缘均出现面漆剥落现象。7B04铝合金试样疲劳寿命断口的韧窝和孔洞的数量都没有发生明显的变化,在显著度为0.05时,两组疲劳寿命的t检验量为1.6971,疲劳寿命无显著差异。结论加速腐蚀试样表面涂层的腐蚀程度介于户外和棚下暴露试样之间,这一结果与加速环境谱的编制原则相一致,也进一步表明加速试验环境谱正确性。疲劳寿命无显著差异,表明加速腐蚀试验可以较好地模拟飞机实际工作环境对试样疲劳性能造成的影响。     

航空发动机叶片高应力振动疲劳试验技术研究

在电动振动台上对航空发动机叶片进行了高应力振动疲劳试验,详细研究了试验机理,提出了辅助点监测叶片最大振动应力、共振峰后定频率激励等试验方法,并成功利用振动台开环控制技术有效稳定了叶片的振动应力水平,从而获得可靠的疲劳数据。另外,从试验角度出发,对振动台激励与叶片振动应力响应之间的关系进行了研究。     

高强预腐蚀铝合金单轴拉-拉疲劳断口定量分析

目的通过断口定量分析获得7A09铝合金的疲劳裂纹扩展规律,为7A09铝合金结构的寿命评估提供依据。方法使用EXCO溶液对试验件进行预腐蚀,利用疲劳拉伸机进行疲劳加载直至断裂,使用扫描电镜对疲劳断口进行定量化分析。结果疲劳裂纹在试件的腐蚀坑处萌生,从自由界面附近向纵深发展导致试件的断裂。通过断口分析和Paris公式确定了裂纹的萌生寿命和扩展寿命。结论腐蚀之后的试件裂纹萌生寿命占总寿命的比例下降,当裂纹扩展程度较大之后,受腐蚀影响减轻,得出裂纹扩展速率和应力强度因子的关系。     

某型飞机机翼下壁板整体油箱端5肋结构选型疲劳寿命研究

目的研究某型飞机机翼下壁板整体油箱端5肋结构的选型疲劳寿命。方法在结构选型设计时初步确定长桁连续和长桁断开两种结构形式的基础上,采用静力试验与疲劳试验方法对这两种结构模拟件进行对比试验验证。结果两种结构模拟件的静破坏载荷分别为588.20 k N和587.97 k N,与设计预计破坏载荷(590k N)高度一致。在相同的等幅载荷谱下,长桁连续结构的中值疲劳寿命和95%置信度与95%可靠度下的疲劳寿命分别约为长桁断开结构的1.7倍和4倍。长桁连续结构的疲劳分散性明显小于长桁断开结构。长桁连续结构的疲劳断口主要呈现脆性穿晶疲劳断裂特征;而长桁断开疲劳断口则呈现出韧窝型断裂和解理断裂的混合型穿晶疲劳断裂特征。疲劳断口微观形貌表明,长桁断开结构在疲劳过程中产生了塑性变形,这就从微观机理上解释了长桁连续结构的疲劳性能优于长桁断开结构的原因。结论在结构质量相近的情况下,长桁连续结构明显优于长桁断开结构。     

盐雾环境对军用飞机高强螺栓疲劳极限的影响

目的研究军用飞机高强螺栓在模拟海洋大气环境下的疲劳极限变化。方法采用中性盐雾试验对30CrMnSiA高强螺栓进行预腐蚀试验,试验持续时间为360 h,而后再进行96 hCASS试验。腐蚀后对样品进行疲劳试验,并与未腐蚀的样品进行S-N曲线对比分析,并分析其疲劳断口形貌变化。结果在进行盐雾试验后螺栓发生腐蚀,疲劳极限降低28.4%。结论军用飞机用高强螺栓在模拟海洋大气环境下易发生腐蚀,疲劳极限出现明显降低现象,其主要原因为疲劳试验有效面积减少。     

基于断裂力学的船型网箱疲劳损伤评估研究

目的 结合断裂力学,通过直接计算方法进行海洋结构物疲劳损伤评估研究。方法 运用有限元方法,并通过谱分析进行结构强度评估,找到结构热点应力。对热点进行局部精细建模,运用断裂力学方法进行疲劳裂纹扩展,进行海洋结构物疲劳损伤评估。结果 通过水动力分析表明,船型网箱在波浪入射角为0°及180°时,运动幅值最大。通过直接强度计算,验证了网箱满足强度要求,但存在明显的应力集中现象。选取3个疲劳热点进行裂纹扩展,得到其疲劳寿命分别为11.3、17.3、33.1 a。结论 实现了基于断裂力学的海洋结构物强度分析与寿命预测,解决了海洋结构物疲劳损伤评估中计算效率与精度的平衡、整体模型与局部裂纹的耦合等问题。     

18CrNi4WA 钢渗碳针阀体开裂失效分析

目的研究18CrNi4WA钢渗碳针阀体开裂失效原因。方法通过化学成分分析、断口扫描分析、金相组织分析、能谱分析等测试手段,对18CrNi4WA钢渗碳针阀体的断裂模式及失效原因进行分析。结果针阀体失效件原始材料符合针阀体制造要求,但渗碳淬火温度过高,未得到最优的渗碳层组织,燃油中存在的硫元素导致喷油孔位置产生严重腐蚀,燃油局部压力的变化导致针阀体表面产生空蚀损伤,裂纹起始于喷油孔圆周面,自裂纹源向外发散呈月牙状,为典型疲劳断裂特征。结论腐蚀与空蚀损伤的协同作用加快裂纹的萌生,使针阀体在热疲劳及机械振动等交变载荷的作用下产生疲劳开裂,使用寿命大为降低。     

涡轮叶片高温振动特性试验技术研究

目的获取涡轮叶片实际工作温度下的模态特性、探索高温模态试验技术。方法通过虚拟试验与物理试验相结合的方式进行叶片的高温振动特性试验,首先应用基于ABAQUS的有限元分析方法,进行叶片的虚拟热试验,得到叶片的温度分布后对其模态特性进行求解。搭建叶片高温振动特性试验系统,采用辐射加热的方式对叶片施加热载荷,同时采用高频电磁振动台激振叶片,利用激光测振设备来测试叶片的速度分布从而获取叶片的振动特性参数。结果最终对比两种试验结果,虚拟试验结果与物理试验存在一定的误差,但在允差范围内。结论所述的试验方法可以为叶片振动特性测试提供科学依据,并对叶片的疲劳试验研究具有良好的参考价值。