李 钊，邹 武

（海军装备部，陕西 西安 710021）

0 引言

由于发动机涡轮盘处于高温、高转速的工作状态，承受着由涡轮叶片的离心力和轮盘本身的离心力产生的离心应力、由温度梯度产生的热应力及相关零件变形不协调所引起的附加应力等，且上述应力均随发动机的工作状态改变而变化，因此涡轮盘工作过程中存在着大量的低循环。据统计，航空发动机结构故障占总故障的60%～70%，而疲劳破坏又占发动机结构故障的80%～90%，所以对涡轮盘低循环疲劳寿命进行研究是十分必要的［1］。

涡轮盘低循环疲劳寿命通常是在循环旋转试验器上进行疲劳试验确定的，而在进行低循环疲劳试验前首先要确定涡轮盘的考核部位和试验温度，由于涡轮盘真实的工作应力和温度无法直接测量，采取有限元计算便是一条行之有效的方法［2，3］。

本文利用Patran／Nastran软件建立某型发动机涡轮盘的有限元模型，参考相关文献确定涡轮盘温度场、应力场分析的边界条件，并对温度场和应力场进行计算分析，根据计算结果确定涡轮盘低循环疲劳试验的考核部位。

1 涡轮盘模型的建立

某型发动机高压二级涡轮盘由高温合金GH901锻造并经过机械加工而成，涡轮盘在结构上呈现旋转周期性，即绕其转轴转动α＝2π／N（N为叶片数）角度后，结构的几何形状和转动前完全一样。为计算盘的离心力和热应力，根据圣维南原理，可以先将盘的模型简化，忽略榫槽和前端面安装边上的销孔，简化后涡轮盘的模型在Patran中建立，取1／5的扇形对称体进行三维有限元计算。……