Page 64 - 理化检验-物理分册2022年第十一期
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魏雪莱, 等: 航空发动机飞附吊挂机匣裂纹的产生原因
位, 且最大的应力小于吊挂机匣的屈服强度。
3 综合分析
选取周向的 4 个截面, 用三坐标测量仪分别测
量风扇机匣与吊挂机匣安装边的轴向尺寸, 发现在 根据断口分析结果, 飞附吊挂机匣的断裂性质
靠近切断面区域, 风扇机匣与吊挂机匣的安装边配 为疲劳断裂, 疲劳起源于转角内侧表面, 且与表面划
合有局部过盈情况。 痕未重合, 疲劳源区未见明显冶金缺陷。该飞附吊
为了排查飞附吊挂机匣在发动机工作过程中的 挂机匣的材料选择、 结构强度储备和生产过程均无
振动应力情况, 对裂纹部位进行动应力测试, 结果发 异常。零件在整环状态下进行尺寸加工和测量, 切
割后切断面附近会发生变形。安装前未对配合尺寸
现裂纹部位的动应力水平较低( 见表 1 )。
表 1 裂纹部位的动应力测试结果 MPa 进行测量、 选配, 使得吊挂机匣装入风扇机匣的过程
中发生局部干涉, 相对位置不易调整, 定位销孔不易
项目 测点 1 测点 2 测点 3 测点 4 测点 5 测点 6
对准, 装配销钉时需用较大外力将销钉砸入, 导致吊
实测值 6.9 5.3 8.4 1.2 3.2 3.7
挂机匣的安装边发生较大的强制位移。
2 有限元模拟分析 吊挂机匣为扇段结构, 零件尺寸均是在整环状
态下加工到位并进行测量与检验的。环形零件切
安装飞附吊挂机匣时, 在吊耳处产生了附加载
割、 切断后, 零件整体应力平衡状态被打破, 随着零
荷, 从而在飞附吊挂机匣上产生应力。针对这一情
件应力释放, 切断面附近会发生变形。装配前未对
况, 建立了飞附吊挂机匣的有限元模型( 见图 5 ), 约
吊挂机匣的尺寸进行复测及选配, 导致与风扇机匣
束飞附吊挂机匣与风扇机匣连接螺栓孔位移, 在吊
装配过程中干涉。
耳处施加载荷。为分析不同方向载荷的影响, 施加
各方向载荷, 并测量不同方向载荷下裂纹部位的应 4 结论及建议
力, 可知在吊耳处施加载荷, 裂纹部位基本无应力。 飞附吊挂机匣产生疲劳裂纹的原因为: 在飞附
装配过程中, 飞附吊挂机匣与风扇机匣安装边配合 吊挂机匣与风扇机匣装配时, 用外力将定位销敲入
尺寸发生局部干涉, 配合部位不协调, 导致装配螺栓 销钉孔, 导致吊挂机匣的安装边产生了局部变形, 在
时, 飞附吊挂机匣上产生了应力。 裂纹部位形成较大的初始应力, 在振动环境下, 飞附
吊挂机匣产生裂纹并扩展。
建议装配前根据零件测量尺寸, 计算装配尺寸,
装配尺寸控制在间隙范围内, 以保证吊挂机匣装配能
自由地推进, 若无法满足要求, 需对吊挂机匣进行校
正复检; 装配定位销前, 先使用工艺螺钉预先固定吊
图 5 飞附吊挂机匣的有限元模型示意 挂机匣, 防止装配销钉时产生位移; 将销钉冷冻后进
在飞附吊挂机匣裂纹侧取样进行有限元模拟分 行装配, 并保证能手动将销钉按进孔位且装配到位。
析, 约束长边螺栓孔以及短边靠近中部螺栓孔位移, 参考文献:
在短边最外侧螺栓孔处施加 0.1 mm 的强制位移,
[ 1 ] 廉筱纯, 吴虎 . 航空发动机原 理[ M ] . 西 安: 西 北 工 业
位移方向为发动机轴向, 飞附吊挂机匣的有限元分
大学出版社, 2005.
析结果如图 6 所示。由图 6 可知: 裂纹附近的应力
[ 2 ] 陈光 . 航空发动机结构设计分析[ M ] . 北京: 北京航空
为 59.8MPa , 且应力与强制位移呈线性关系, 即在
航天大学出版社, 2014.
装配过程中, 产生的强制位移越大, 应力越大。 [ 3 ] 吴宏春, 陈勇, 洪志亮 . 航空发动机机匣裂纹故障诊断
研究[ J ] . 燃气涡轮试验与研究, 2017 , 30 ( 5 ): 42-46.
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[ 6 ] 张博, 李俊峰, 吴军 . 固体火箭发动机壳体低压力开裂
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图 6 飞附吊挂机匣的有限元分析结果
419-422.
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