空心風扇葉片高循環(huán)疲勞異常失效分析

王家廣，李 迪，陳云永，劉曉鋒，廖連芳

（中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責任公司設(shè)計研發(fā)中心，上海 200241）

某空心風扇葉片尺寸大，結(jié)構(gòu)復雜，具有小展弦比、大扭角、復合彎掠等典型設(shè)計特征[1-2]，其瓦倫空心結(jié)構(gòu)控制參數(shù)多，且內(nèi)部空心瓦倫結(jié)構(gòu)采用擴散焊接/超塑成形等特種工藝實現(xiàn)，尤其是壓力、溫度、時間等對瓦倫空心結(jié)構(gòu)的成形質(zhì)量影響很大的熱成形工藝關(guān)鍵參數(shù)的選取和控制難度大，導致結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝實現(xiàn)的一致性難以保證[3-10]。針對設(shè)計、制造的某空心風扇葉片開展的高循環(huán)疲勞試驗中，先后有兩件試驗件在瓦倫空心區(qū)域出現(xiàn)失效，與預期不符，初步判斷為異常失效。

針對該高循環(huán)疲勞異常失效現(xiàn)象，為確定失效原因并制定合理可行的解決措施，開展了振動仿真計算及斷口分析工作，以確定失效機理和失效環(huán)節(jié)，在此基礎(chǔ)上制定改進措施并開展驗證考核試驗，以驗證改進措施的有效性。

1 試驗過程及失效描述

針對某空心風扇葉片開展了試驗目標循環(huán)數(shù)為1×107的振動疲勞試驗，葉片材料為TC4，試驗考核振型為一階彎曲振型。高循環(huán)疲勞試驗均在8T希爾振動臺上進行，振動臺型號為MPA3320/H844A。采用共振駐留法進行試驗，具體步驟按照HB 5277規(guī)定實施，試驗件工裝夾具如圖1所示。

空心風扇葉片試驗件通過圓弧形燕尾榫連結(jié)構(gòu)與榫槽夾具定位，采用由布置在夾具底部的螺栓施加預緊力載荷的方式實現(xiàn)葉片試驗件與榫槽與榫槽夾具的壓緊：試驗件與榫槽夾具組合件通過螺栓安裝在夾具轉(zhuǎn)接段的夾槽內(nèi)，整個試驗裝置與振動臺的緊固通過連接螺栓實現(xiàn)。……