CN115266061A - 一种风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件 - Google Patents

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Abstract

本申请属于发动机强度设计领域，为一种风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件，包括模拟盘、上配重块和下配重块；模拟盘的横截面为矩形结构，模拟盘的上下两侧均开设有榫槽，上配重块与模拟盘上部的榫槽相配合，下配重块与模拟盘下部的榫槽相配合；上配重块和下配重块均有多个并沿着模拟盘的长度方向均匀间隔设置；在进行试验的过程中，不需要使用风扇盘、增压级鼓筒等大质量设备和专门的试验设备，即可直接完成疲劳寿命试验，大幅降低了试验件材料成本；由于对上配重块和下配重块施加的是拉伸载荷，在结构特征相同的前提下，使用较低载荷即可达到与工作状态相同的应力水平，缩短试验周期，大幅降低了燃料动力及人工费用。

Description

一种风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件
技术领域
本申请属于发动机强度设计领域，特别涉及一种风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件。
背景技术
在大涵道比涡扇发动机中，因需带动超大尺寸的风扇叶片旋转，风扇盘的结构往往比较粗壮，单个风扇叶片的离心载荷可到60余吨，导致轮盘槽底应力偏高，低循环疲劳寿命则偏低，而大涵道比涡扇发动机寿命要求又偏高，约是普通发动机的10倍。受特殊结构及承力特征等的影响，轮盘榫槽通常为整个风扇转子中低循环疲劳寿命薄弱部位。为保证盘榫连接结构在全寿命期内安全可靠的工作，必须对其进行低循环疲劳寿命考核试验，以保证其具有足够的低循环疲劳寿命。
通常风扇盘的低循环疲劳寿命考核验证是通过整个风扇转子的低循环疲劳试验完成的。需使用专门的试验器；又因风扇转子质量大、转动惯量大，低循环疲劳试验中升降转时间较长，加之超长的寿命要求，常常需要进行长达数月的试验，所需燃料动力及人工费用超高。
如图1所示，现有试验方案中，在整个风扇增压级转子上进行风扇盘榫槽结构的低循环疲劳寿命考核，需使用风扇盘、增压级鼓筒、连接螺母、风扇转子叶片或代替叶片的配重块、增压级转子叶片或代替叶片的配重块、转接段、试验器轴以及支撑轴承等发动机结构件以及专用转子旋转试验器等，耗资巨大。
现有试验方案中，每次试验只能考核验证一种榫槽结构的疲劳寿命，试验子样数少、周期长、效率低，且无法及时对优化改进结构进行验证；亦无法进行多个应力等级下的低循环疲劳寿命极限的研究，不利于数据积累形成数据库，不能有效地对新设结构提供技术指导。
面对超长使用寿命需求以及榫槽部位寿命分散性较大的事实，急需结构简单、用料节省的风扇盘榫槽结构模拟件和对应的高效可靠的低循环寿命试验方法。
发明内容
本申请的目的是提供了一种风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件，以解决现有技术中进行风扇盘的低循环疲劳试验寿命考核时，结构重量大、寿命要求高的问题。
本申请的技术方案是：一种风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件，包括模拟盘、上配重块和下配重块；所述模拟盘的横截面为矩形结构，所述模拟盘的上下两段均开设有榫槽，所述上配重块与模拟盘上部的榫槽相配合，所述下配重块与模拟盘下部的榫槽相配合；所述上配重块和下配重块均有多个并沿着模拟盘的长度方向均匀间隔设置；所述上配重块和下配重块均承受拉伸载荷。
优选地，所述模拟盘的上下两侧的榫槽均交错排布，所述上配重块与下配重块交错排布。
优选地，所述模拟盘的上下两侧的榫槽对称设置，所述上配重块与下配重块对称设置。
优选地，所述模拟盘内不同榫槽的槽底结构不同。
本申请的一种风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件，包括模拟盘、上配重块和下配重块；模拟盘的横截面为矩形结构，模拟盘的上下两侧均开设有榫槽，上配重块与模拟盘上部的榫槽相配合，下配重块与模拟盘下部的榫槽相配合；上配重块和下配重块均有多个并沿着模拟盘的长度方向均匀间隔设置；在进行试验的过程中，不需要使用风扇盘、增压级鼓筒等大质量设备和专门的试验设备，即可直接完成疲劳寿命试验，大幅降低了试验件材料成本；由于对上配重块和下配重块施加的是拉伸载荷，在结构特征相同的前提下，使用较低载荷即可达到与工作状态相同的应力水平，缩短试验周期，大幅降低了燃料动力及人工费用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为现有技术中的低循环疲劳寿命模拟件结构示意图；
图2为本申请配重块交错排布的低循环疲劳寿命模拟件结构示意图；
图3为本申请配重块对称排布的低循环疲劳寿命模拟件结构示意图。
1、模拟盘；2、上配重块；3、下配重块。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件，考虑风扇盘榫槽的结构特征及受力特点，将位于风扇盘轮缘部位的榫槽结构，展开形成平铺状态且上下对称结构或上下错开半个位置的榫槽，将原试验方案中施加的旋转载荷变成现方案中简单易行的拉伸载荷。
如图2所示，包括模拟盘1、上配重块2和下配重块3；模拟盘1的横截面为矩形结构，模拟盘1的上下两段均开设有榫槽，上配重块2与模拟盘1上部的榫槽相配合，下配重块3与模拟盘1下部的榫槽相配合；上配重块2和下配重块3均有多个并沿着模拟盘1的长度方向均匀间隔设置。上配重块2和下配重块3均承受拉伸载荷。
在进行疲劳寿命试验时，将疲劳寿命试验件通过试验夹持设备进行夹持固定，优选地，可以通过螺栓等方式固定在试验台上，而后再通过载荷施加设备施加拉伸载荷；大量减少了试验辅助用件的数量，不再需要专门转子旋转试验器，对模拟件的加载部分进行适配型设计，具体的载荷施加设备可以为一种材料拉伸试验机进行试验，材料拉伸试验机的输出端与配重块相连，材料拉伸试验机工作施加拉伸载荷，即可进行拉伸载荷试验。
通过对每个上配重块2和下配重块3均进行拉伸载荷试验；对于同一种结构的模拟件，通过调整拉伸载荷的作用位置及载荷的大小，可模拟槽底不同的应力分布，获取真实结构的应力-寿命曲线，建立数据库，为自主设备或选择风扇盘榫槽结构提供技术储备。
这样在进行试验的过程中，不需要使用风扇盘、增压级鼓筒等大质量设备和专门的试验设备，即可直接完成疲劳寿命试验，可大幅减少试验用件数量，同时大幅缩减试验件的的结构尺寸，大幅降低了试验件材料成本。
由于对上配重块2和下配重块3施加的是拉伸载荷，在结构特征相同的前提下，使用较低载荷即可达到与工作状态相同的应力水平，在简化试验设备的同时可提高加载频率，缩短试验周期，大幅降低了燃料动力及人工费用。
通过解决上述问题，在验证风扇盘榫槽结构设计可靠性的试验中，可节省大量经费成本，缩短验证周期，提高试验效率。通过数据积累，可加强风扇盘榫槽结构设计的技术储备，提升风扇盘榫槽结构设计能力，另外，本发明亦可应用于压气机榫槽以及涡轮盘榫槽的低循环疲劳寿命摸底试验，为发动机轮盘的榫槽结构设计提供有效参考。
优选地，模拟件几何尺寸长度/体积仅为风扇盘的20％左右，且不受锻件形式限制，在用料量相同的情况下，可大幅增加被试件的数量，提高材料的利用率，减少原材料采购以及后续机械加工的费用。
优选地，在不同位置设置不同结构参数的榫槽槽底结构，便可在同一试验内，进行多种结构参数的低循环疲劳摸底试验，便于快速积累试验数据并形成试验数据库。
优选地，模拟盘1的上下两侧的榫槽均交错排布，上配重块2与下配重块3交错排布，以对应某些型号的风扇盘结构。
如图3所示，优选地，模拟盘1的上下两侧的榫槽对称设置，上配重块2与下配重块3对称设置，以对应某些型号的风扇盘结构。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件，其特征在于：包括模拟盘(1)、上配重块(2)和下配重块(3)；所述模拟盘(1)的横截面为矩形结构，所述模拟盘(1)的上下两段均开设有榫槽，所述上配重块(2)与模拟盘(1)上部的榫槽相配合，所述下配重块(3)与模拟盘(1)下部的榫槽相配合；所述上配重块(2)和下配重块(3)均有多个并沿着模拟盘(1)的长度方向均匀间隔设置；所述上配重块(2)和下配重块(3)均承受拉伸载荷。
2.如权利要求1所述的风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件，其特征在于：所述模拟盘(1)的上下两侧的榫槽均交错排布，所述上配重块(2)与下配重块(3)交错排布。
3.如权利要求1所述的风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件，其特征在于：所述模拟盘(1)的上下两侧的榫槽对称设置，所述上配重块(2)与下配重块(3)对称设置。
4.如权利要求1所述的风扇盘榫槽低循环疲劳寿命模拟件，其特征在于：所述模拟盘(1)内不同榫槽的槽底结构不同。
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