论文部分内容阅读
压气机是航空发动机的核心部件,而压气机静子叶片与机匣的连接结构也是压气机的关键部件,其失效直接影响到航空发动机的性能。2.5维编织复合材料作为一种特殊的三维编织复合材料,有效地解决了三维编织复合材料在异形织物中的不足,使得2.5维编织复合材料在航空发动机内复杂结构件的应用更为广泛。目前国内对于编织复合材料压气机静子叶片与机匣连接方案的强度研究尚未成熟,对于编织复合材料与层合复合材料、钛合金的搭配使用的连接方案也没有研究的经验。本文针对目前比较成熟的两种2.5维编织复合材料静子叶片与机匣连接方案进行了强度分析,讨论了加纱结构的连接方案中加纱比对结构强度的影响;并预测了层合复合材料和钛合金分别与编织复合材料构成连接结构时的结构强度。本文的主要研究结论如下:(1)建立了2.5维编织复合材料细观几何模型与刚度预测模型。采用矩形经纱-六边形纬纱截面描述单胞结构内的纱线截面形状,考虑了RTM成型工艺对2.5维编织复合材料表层经纱的影响,建立了2.5维编织复合材料三单胞模型。基于体积平均方法和本文的三单胞几何模型建立了2.5维编织复合材料刚度预测模型,通过APDL语言实现了刚度预测模型的程序化,预测了六种不同编织结构的2.5维编织复合材料的力学性能参数,并与已有的试验结果对比验证了本文刚度预测模型的有效性。(2)针对不同的静子叶片与机匣连接方案建立了不同的结构强度分析方法。基于均匀化思想,将复杂的静子叶片与机匣连接结构划分为很多单胞尺寸大小的单元,对不同材料的部位赋予不同的材料初始属性值,依据不同的失效准则进行单胞失效判断,并采用不同的刚度退化规律(金属材料除外)计算单胞退化后的力学性能参数,根据失效单胞的部位与数量,对静子叶片与机匣采用不同方法分别判断结构是否破坏。并对采用同种材料的两种不同连接方案的失效单元数、极限载荷和叶尖挠度进行对比评估。(3)预测了加纱比对于加纱结构的2.5维编织复合材料静子叶片与机匣连接结构的刚度和强度影响。针对强度较好的连接方案的薄弱易损部位进行局部加纱处理,加纱方式采用经向加纱方式,采用加纱结构的2.5维编织复合材料刚度预测模型,预测了加纱比从0增加到1的过程中材料的力学性能参数变化趋势,分析了连接方案的极限强度和叶尖挠度随加纱比增加的变化趋势。