[发明专利]一种双层钛合金机匣包容曲线绘制方法

说明书

本发明的一种双层钛合金机匣包容曲线绘制方法，本发明公开了一种双层钛合金机匣包容曲线绘制方法。运用滑膛炮进行打靶试验模拟高速叶片撞击机匣，采用有限元仿真软件LS‑DYNA对打靶试验进行数值仿真，叶片用JOHNSON‑COOK材料模型，靶板采用SIMPLIFIED‑JOHNSON‑COOK材料模型。对比验证数值仿真的准确性，获取合适的仿真参数。采用仿真模拟不同情况下双层钛合金机匣的包容临界速度，并代入打靶试验结果进行验证，实现机匣包容曲线公式的拟合。

技术领域

本发明涉及航空发动机机匣包容性研究和计算机仿真领域，尤其涉及一种 双层钛合金机匣包容曲线绘制方法。

背景技术

随着军事和民用航空需求的不断增加，对于更高性能、更强可靠性和耐久 性的航空发动机的研制迫在眉睫。当发动机上的叶片因外物撞击或高周疲劳等 因素发生断裂行为并撞击向机匣时，机匣可能破裂且叶片从破口飞出。机匣非 包容事件导致的发动机故障可能引起威胁飞行安全的事故，发动机机匣包容性 的研究对于航空安全而言意义重大。打靶试验和数值仿真是研究包容性问题的 两种有效手段，将其结合可以达到研究周期短、结果精确、节约花费的目的。

现有技术中，对不同类型的带加强筋铝合金靶板进行了打靶试验，试验结 果表明加筋板弹道极限比平板增强25％。通过打靶冲击试验模拟了机匣包容叶 片过程，并进行高精度数值仿真探究，用于试验前仿真预测，提高试验成功率。 运用数值仿真方法分析了飞脱叶片与其他叶片的相互作用对撞击过程的影响。 通过仿真分析了双层靶板不同板层厚度比和层间间距对包容能力的影响。目前 已有的机匣包容性研究工作中，数值仿真中的参数选取不够准确，在包容经验 公式方面缺少的试验的验证。仿真各项参数选取正确与否直接影响所拟合机匣 包容曲线的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明基于多次打靶试验的数据，运用有限元仿真软件LS-DYNA 对打靶试验进行数值仿真，仿真结果与试验结果高度吻合，验证发明中仿真方 法的正确性。运用所得出的准确仿真参数进一步针对不同结构组合情况的双层 钛合金机匣进行包容性仿真，将仿真出的所有结构组合的临界速度拟合出包容 临界曲线，为机匣结构优化设计提供准确参考。

本发明的技术方案为：一种双层钛合金机匣包容曲线绘制方法，其特征在 于：包括以下步骤：

步骤1：设计包含叶片弹体、双层钛合金靶板、靶架的打靶试验，进行12 组打靶试验，采用高速摄像机记录实验数据和结果；

步骤2：运用有限元仿真软件LS-DYNA对所述步骤1中的打靶试验进行数 值仿真，并验证步骤1中的结果；得出修正的叶片弹体材料模型和双层钛合金 靶板材料模型的钛合金材料参数，获得仿真方法。

步骤3：运用步骤2中的仿真方法，对双层钛合金机匣结构进行具体包容 临界速度求解；；

步骤4：根据步骤3所求出的临界速度绘制双层钛合金机匣结构的包容曲 线，拟合包容经验公式。

更进一步的，所述步骤1中的打靶试验运用73式100mm滑膛炮发射所述 叶片弹体，通过控制装填火药的质量来控制叶片弹体的打靶速度。

更进一步的，所述步骤1中的试验中的双层钛合金靶板包括外靶板和内靶 板，外靶板厚度5mm，内靶板厚度5mm。

更进一步的，所述12组打把试验包括不同内靶板、外靶板的间隙厚度和不 同叶片弹体冲击速度构成的12组工况。所述12组工况，可以进行充足的打靶 试验。

更进一步的，步骤2中所述的叶片弹体采用JOHNSON-COOK材料模型；所述 双层钛合金靶板采用SIMPLIFIED-JOHNSON-COOK材料模型。