圆弧形榫连结构低周疲劳试验设计与寿命预测

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1、第41卷第3期2015年6月航空发动机Aeroen舀neV01．4lNo．3Jun．2015圆弧形榫连结构低周疲劳试验设计与寿命预测张照1，王延荣z(1解放军95937部队，辽宁阜新123100；2．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191)摘要：为了研究大涵道比涡轮风扇发动机宽弦风扇叶片中采用的圆弧形燕尾榫连结构的低循环疲劳寿命，设计了1种双榫头的低循环疲劳试件及夹具，该试件具有可以避免试件上打孔、所受载荷单一、节省试验时间等优点。利用通用软件ANSYS对试件及夹具进行了3维接触应力分析，得

2、到了试件及夹具上的应力分布规律，证明了该试件设计的可行性与合理性。考虑多轴应力对寿命的影响，对试件进行了弹塑性分析，用4种方法预测了试件的疲劳寿命并与初步的试验结果进行了比较，给出了4种预测方法的相对误差。结果表明：Neuber法和等效应变法应用较方便且预测结果均在可接受范围内。关键词：圆弧形燕尾榫连结构；低周疲劳试验；3维接触分析；疲劳寿命；宽弦风扇叶片；涡轮风扇发动机中图分类号：V216．3文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnkl-aeroen91ne．2015．03．016L0wCycl

3、eFatigueTestDesignandL计ePredictionforArc—d0VetailComponentszHANGzha01，wANGY狮一ron乎(1．PLA95937，Fu)dIlLiaoIliIlg123100；2．SchoolofJetPropulsion，BeillaIlgU试ve巧ity，Be蜀吨100191，China)Abst陷Ct：Anewspecimen蛐dfixtureoftllelowcyclefatiguetestfort}Iearc-dovetailcompone

4、ntsw硒devised．nearc-dovetailcomponentswereusedint11ef抽bladesoftlIehighbyp鹪smtioaircr出en舀ne．Usingtllenewspecimencanavoid商Uingholesont11emandavoidthespecimenworkingundersindeload；tlleapplicationoftIlespecimenc柚savetlletesttimeasweU．ThetIlree—dimensionalstres

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7、Iletest；three—dimensionalcontact粕alysis；fatiguel如；埘dechord‰blade；turbofanengine0引言航空发动机风扇叶片多采用燕尾型榫连结构。其中，平直型燕尾榫连结构应用较多，而圆弧形燕尾榫连结构的研究和设计还处于摸索阶段，缺乏相应的计算和试验数据。圆弧形燕尾榫头是将榫头上端面外形做成与叶根型面外形一致，同时轮盘上榫槽也做成圆弧形。这种圆弧形榫连结构有以下优点：减小轮盘的直径，风扇的轮毂比可以取较小值；在相同的空气流量下，风扇的直径相对较小；比

8、平直型榫头有更好的强度⋯，特别适用于宽弦风扇叶片。本文针对圆弧形榫连结构设计了1种双榫头试件，通过有限元计算给出了试件的应力分布规律并预测了其疲劳寿命，为该结构的试验研究和设计奠定了基础。1试件及夹具的设计目前燕尾型榫连结构的疲劳试验都是针对平直型燕尾榫连结构，多数采用平板试件(如图1所示)进行，这种试件不能反映出圆弧形榫连结构榫头轴向圆弧的影响，因此要设计出1种3维的圆弧形榫头试件进行试验，较准确的图1收稿日期：2013一l