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飞机发动机抗疲劳方法

疲劳被称为机械构件的致命杀手,据统计,机械零部件的破坏很大比例是由疲劳引起的(根据不同的数据来源及统计方法,常见的比例在40%~90%)。发生在1842年的凡尔赛铁路事故、世界第一个大型喷气客机“彗星”号的空中解体、美国F-15战斗机的空中解体、震惊世界的德国高铁事故等知名灾难均源于金属的疲劳。

疲劳也是航空发动机部件失效的主要原因之一,根据Cowles B等人对普惠公司军用发动机典型零部件失效模式的统计,在所有失效模式中,和疲劳相关的失效占到49%。民机和军机的失效模式比例或有不同,不同阶段比例也有变化,但足以说明疲劳在航空发动机零部件失效中所占比重。

与航空发动机疲劳相关的基本概念

疲劳是指材料、零件和构件在循环载荷作用下,在某个点或某些点逐渐产生局部的、永久性的性能变化,在一定循环次数后形成裂纹,并在载荷作用下继续扩展直到完全断裂的现象。最简单的例子就是拉不断的铁丝不断弯折就断了。

疲劳破坏具有以下的特点:突然性。断裂时并无明显的宏观塑性变形,断裂前没有明显的预兆,而是突然地破坏;低应力。疲劳破坏在循环应力的最大值,远低于材料的抗拉强度或屈服强度的情况下就可以发生;重复载荷。疲劳破坏是多次重复载荷作用下产生的破坏,它是较长期的交变应力作用的结果,疲劳破坏往往要经历一定时间,与静载下的一次破坏不同;缺陷敏感。疲劳对缺陷(如缺口、裂纹及组织缺陷)十分敏感,由于疲劳破坏是从局部开始的,所以它对缺陷具有高度的选择性;疲劳断口。疲劳破坏能清楚地显示出裂纹的发生、扩展和最后断裂三个组成部分。

影响疲劳强度的因素比较多,以下几类因素在航空发动机设计、制造中需要重点予以考虑。应力集中,疲劳源总是出现在应力集中的地方,必须注意构件的细节设计以避免严重的应力集中,比如加大剖面突变处的圆角半径;表面状态,疲劳裂纹常常从表面开始,所以表面状态对疲劳强度会有显著的影响,表面加工越粗糙,疲劳强度降低、越严重;温度,一般随着温度的升高,疲劳强度会降低。

(来源:中国航空报)

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