汽轮机、航空发动机断裂叶片撞击机壳的模拟试验研究

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m叶片质量rc叶片重心半径以便于试验时的加速控制从叶片残骸照片可知，叶片残骸除第四组外均显u字形。第六组实验记录下的结果见表2机壳钢筒残骸示意图h厂第一凹坑深度，mmh一第二凹坑深度，mmh厂第三凹坑深度，mmlr第一凹坑和第二凹坑之间的弧长，mml一第一凹坑到模拟腔体轨迹终止点（或击穿点）弧表1试验参数试验序号模拟腔体材料模拟腔体厚度（mm）模拟腔体内径（mm）叶片材料叶片截面尺寸叶片重心半径叶片长度20（冷轧）20（热轧）20（冷轧）20（热轧）20（冷轧）表2实验结果试验叶片断裂转速断叶长度断时重心半径断叶质量机壳残骸包容性序号击穿非包容浅影包容浅影包容浅影包容击穿非包容3分析与结论从表2的实验结果我们清楚可见：断裂叶片撞击模拟腔体钢筒的过程均发生2次以上碰撞，且第二次以后的撞击所产生的凹坑较第一次的凹抗深，第六组试验结果中2组试验模拟腔体钢筒均在第二次撞击后被击穿另外，从6组实验结果中又可看出：断裂叶片撞击模拟腔体钢筒的残留弧长基本相同，在260mm左右下面我们利用对断裂叶片撞击模拟腔体钢筒的过程加以分析。

叶片飞裂瞬间，质心沿切线方向运动，与模拟腔体钢筒内壁交于b点。由可知：模拟腔体钢筒内径r和叶片质心半径r均为已知值，由几何学知识则可求出ab为：叶片断裂脱离旋转圆盘的瞬间仍存在较大速度，由于惯性，叶片会继续在切线方向运动而断裂到端部撞击模拟腔体这就是第一次碰撞，而此时仅为叶片端部对模拟腔体钢筒撞击，能量较小，在撞击过程中，存在作用力与反作用力以及撞击时产生的能量使叶片端部发生弯曲。随后过程是叶片一边继续卷曲；一边沿模拟腔体钢筒内壁滑移，以叶片残骸照片可观察到叶片前半部发生弯曲。后半部基本保持直线状，即可推测叶片前半部分几乎卷曲过180后，再以整体叶片质量撞击模拟腔体钢筒，即发生的第二次撞击此时撞击能量此，可以猜想第二次撞击的凹坑应该是圆弧ab的b端附近的位置以1号组实验为例，根据实验原始参数可计算出ab为202mm，叶片外端和模拟腔体钢筒内壁间隙为6mm；仅考虑叶片断裂瞬间的运动为切线方向，则可计算出ac为63mm，则cb可认为139mm而实验结果两凹坑间距为120mm，而2号，3号，4号组实验结果两凹坑间隙分别为160mm，155mm，和160mm，则超越b点，但靠近b点位置这一实验现象和上述分析非常吻合另外，4号组实验，叶片根部缺口的尺寸加工较深，模拟较低转速下叶片断裂的实验现象从实验结果观察到，断裂叶片基本保持原状，说明撞击的能量并不大第一个撞击点的凹坑相对深一点，随后各撞击点的凹坑深度，由于撞击速度下降，断裂叶片又未发生卷曲而略有减少。

4结论第一个撞击点并非是危险点，第二个、第三个撞击点才是危险的位置。

可以由叶片断裂瞬间质心切线方向与模拟腔体钢筒内壁的交点位置来基本确定撞击的危险部位。

由4号组实验可看到叶片断裂瞬间速度低，撞击能量小，叶片残骸基本保持原状，不发生明显的卷曲。

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