[发明专利]一种航空发动机用聚四氟乙烯软管脉冲寿命计算方法

说明书

本申请属于发动机部件试验技术领域，具体涉及一种航空发动机用聚四氟乙烯软管脉冲寿命计算方法。该方法包括确定发动机最大工作压力下的聚四氟乙烯软管的当量密度；测量聚四氟乙烯软管的一阶固有频率；构建聚四氟乙烯软管的有限元模型，在所述有限元模型中，通过给定弹性模量范围计算其内对应的一阶固有频率，当计算的一阶固有频率与步骤三测量的一阶固有频率相同时，确定此时的当量弹性模量；运用所述有限元模型，计算得到应力云图；基于预定的疲劳载荷历程，计算所述聚四氟乙烯软管的疲劳寿命值。本申请给出了脉冲寿命的计算方法，有利于软管在研发初期确定脉冲寿命是否满足要求，进而进行改进设计，缩短研发周期。

技术领域

本申请属于发动机部件试验技术领域，具体涉及一种航空发动机用聚四氟乙烯软管脉冲寿命计算方法。

背景技术

航空发动机管路系统作为航空发动机的重要组成部分，起着输送燃油、滑油、空气等介质输送的功能。基于部分发动机附件存在位移补偿需求、管路系统装配误差补偿需求、以及减震需求等，在管路系统中采用了聚四氟乙烯软管。航空发动机用聚四氟乙烯软管组件由聚四氟乙烯内管(内部附有导电层)、钢丝增强层、金属连接件和防火橡胶层等部分组成。航空发动机管路工作环境恶劣，承受着压力脉动、振动、变形、温度等载荷，其管路结构的能否可靠工作直接影响航空发动机乃至飞机飞行的安全性。软管的脉冲寿命是软管设计重要的设计指标，对于保证航空发动机工作的安全性，制定聚四氟乙烯软管的维修策略意义重大。在聚四氟乙烯软管研制的初期，结合航空发动机工况情况，以及聚四氟乙烯软管的使用条件，通过少量试验，结合有限元仿真分析得到脉冲寿命，可以减少聚四氟乙烯软管的设计迭代，缩短研制周期，节省研制费用。

金属硬管寿命计算基于金属疲劳开展理论计算和仿真分析，能很好的解决部分金属疲劳寿命计算问题。申请号为201910401845.4的中国发明专利中，给出了一种空调管路疲劳寿命判定方法，给出通过大量产品的振动试验获取成品级S-N曲线的方法，并进行应力测试，得到工作循环，以此建立模型进行寿命判定。金属硬管计算方法因材料特性不同不适用于聚四氟乙烯软管寿命计算。聚四氟乙烯软管研发初期没有一种空调管路疲劳寿命判定方法的试验条件和数据积累条件，因此在技术上很难实现。成本方面，采用大量试验进行验证，造成了较大的成本浪费，极容易出现研制工作的反复。在效率方面，试验方法的效率较低，不能满足航空发动机研制周期的需要。因此现有技术不满足航空发动机用聚四氟乙烯软管的研制需求。

发明内容

为了解决上述问题之一，本申请提供了一种航空发动机用聚四氟乙烯软管脉冲寿命计算方法，解决工作状态下聚四氟乙烯软管有限元模型建立的问题，建立适配聚四氟乙烯软管工作状态下的分析模型，分析软管的受力情况；给出常用规格的参考S-N曲线，以及相关的修正方法，用于后续寿命计算；建立寿命评估模型，计算软管的脉冲寿命，为软管设计提供指导。

本申请航空发动机用聚四氟乙烯软管脉冲寿命计算方法，主要包括：

步骤一、确定发动机最大工作压力下的聚四氟乙烯软管的当量密度；

步骤二、将聚四氟乙烯软管的一端封堵，另一端施加所述发动机最大工作压力的预定倍数的压力；

步骤三、测量聚四氟乙烯软管的一阶固有频率；

步骤四、构建聚四氟乙烯软管的有限元模型，在所述有限元模型中，通过给定弹性模量范围计算其内对应的一阶固有频率，当计算的一阶固有频率与步骤三测量的一阶固有频率相同时，确定此时的当量弹性模量；

步骤五、运用所述有限元模型，计算得到应力云图；

步骤六、将应力云图数据载入到疲劳分析软件中，输入所述当量密度、泊松比、当量弹性模量及参考S-N曲线，并基于预定的疲劳载荷历程，计算所述聚四氟乙烯软管的疲劳寿命值。

优选的是，步骤一中，所述当量密度ρ通过以下公式计算：