航空发动机零件可靠性安全性设计_王延荣等著_9787516517383

　　《航空发动机零件可靠性安全性设计》是一本关于航空发动机可靠性与安全性的学术理论专著，内容涉及航空发动机结构疲劳、高温结构蠕变、空心风扇叶片结构优化设计，以及圆弧形榫连结构寿命预测、叶片气动弹性稳定性预测方法、叶片颤振机制及其影响参数、转动结构疲劳可靠性、含缺陷粉末盘结构疲劳和轮盘结构安全性预测等方面。
　　《航空发动机零件可靠性安全性设计》可为从事航空发动机结构强度、可靠性与安全性研究人员提供一定的参考，也可作为航空发动机专业师生的教材用书。

　　近几十年来，航空燃气涡轮发动机设计和制造技术的持续进步在使发动机性能逐步提升的同时，也使其结构完整性和可靠性得到了显著提高。尽管如此，作为复杂热动力旋转机械的航空发动机在研制和使用中仍时有问题出现，如常见的结构件故障多为裂纹甚至断裂，严重迟滞新机研制进程，并可能危及现役发动机的使用安全。先进航空飞行器对其动力装置的性能和可靠性要求越来越高，也就对发动机结构设计提出了更高的要求。因此，迫切需要出版这方面的专业性学术著作，以便更好地为当前航空发动机的研制和使用发展服务。
　　十多年前，作为编者之一，我参加了《航空涡喷、涡扇发动机主要零部件定寿指南》（航空工业出版社，2004）的编写，为此航空工业出版社副总编辑刘宁建议在其基础上进行修订，以《航空发动机零件可靠性安全性设计》为书名出版，并列入了出版计划。由于《航空涡喷、涡扇发动机主要零部件定寿指南》的内容与《航空发动机零件可靠性安全性设计》的含义有差异，加之我只是当时的编者之一，修订也实属不易，故而决定重新编写，当然内心也感到很惶恐。
　　《航空发动机零件可靠性安全性设计》主要是我和与我一起学习和工作的博士、硕士研究生近十年来针对航空发动机结构件——叶厂盘转子等零件在疲劳、蠕变、颤振，以及结构可靠性和安全性等方面所开展的研究工作基础上撰写的，内容主要取材于他们的学位论文工作。
　　本书共9章，各章主要内容为：“结构疲劳设计分析方法”重点考虑了平均应力、应力梯度和尺寸效应等对实际构件疲劳寿命的影响：“高温结构蠕变设计分析方法”着重发展了能完整刻画蠕变三个阶段变形行为的归一化参数模型，实现了涡轮叶／盘结构蠕变预测设计分析；“空心风扇叶片结构优化设计方法”重点针对叶片壁板、内部结构，以及叶型积叠等给出了多目标优化策略和实现方法：“圆弧形榫连结构接触分析及寿命预测”主要针对大涵道比涡扇发动机风扇叶片榫连结构发展并形成了疲劳寿命预测方法和流程；“气动弹性稳定性预测设计的能量法”重点发展了叶片动网格技术，以及结构与绕流场的耦合界面上位移和压力等信息的传递算法，由叶片一个振动周期内的非定常气动（累积）功得到了模态气动阻尼比，实现了颤振预测；“叶片颤振机制及其影响参数分析”着重考察了叶片模态、进口气流攻角、折合频率、进口相对马赫数、激波与波后气流分离、叶间相位角等参数，以及多级环境的影响：“转动结构疲劳可靠性分析方法”重点针对轮盘结构的应力疲劳和考虑应力梯度影响的疲劳，以及叶片振动的可靠性预测给出了设计分析方法和流程；“含缺陷粉末盘结构疲劳设计分析方法”着重考察了孔洞和夹杂等典型缺陷的形状、大小及其出现位置对构件应力和疲劳寿命的影响，给出了预测设计方法和分析流程：“轮盘结构安全性预测分析方法”重点针对粉末冶金构件因所含孔洞和夹杂等典型缺陷引起的疲劳给出了失效概率预测分析方法和流程，并对含“孔”结构及其工艺特征的轮盘因缺陷导致疲劳失效给出了概率分析方法和流程。需要说明的是，书中部分方法和流程已在航空发动机研究院所的设计工作中得到了应用：本书所提供的方法及分析流程虽针对轮盘和叶片等转动结构件，却有一定的普适性，亦可用于其他结构件。
　　本书各章的撰写人为：第1章，王延荣、李宏新、袁善虎；第2章，李宏新、程域钊、王延荣；第3章，石亮、王延荣；第4章，石亮、王延荣、杨剑秋；第5章，张小伟、王延荣；第6章，张小伟、王延荣；第7章，蒋向华、王延荣、冯欢欢；第8章，袁善虎、王延荣；第9章，魏大盛、王佳良。全书最终由王延荣定稿。
　　本人自20世纪80年代中期起在北京航空航天大学求学，后研究生毕业留校任教，多年来一直从事与航空发动机结构强度、振动及寿命和可靠性方面相关的教学科研工作。30多年来，感谢老师对我的指导、同事给我的帮助，以及与我一起学习和工作的研究生，与其就相关问题的研讨和交流，使我不断思考，大有裨益。这里，要特别感谢我不同求学时期的导师：宋兆泓教授、孔瑞莲教授：周盛教授和郑祺选教授，以及我所在的航空推进系（原结构强度教研室）恩师饶寿期教授、朱梓根教授和李其汉教授，是您们引领我走向职业生涯。
　　构成本书内容的相关研究工作多年来得到了航空发动机研究院所的大力支持，以及国家自然科学基金（项目批准号：50571004，51475022）的资助。与航空发动机研究院所设计研究人员讨论和交流，使我对工程背景和问题的物理本质有了更深刻的认识，这里我尤其要感谢沈阳发动机研究所杨士杰研究员和张连祥研究员多年来的指导和帮助。在本书即将出版之际，感谢北京航空航天大学刘大响院士、方韧教授和桂幸民教授对本书的指导与支持、航空工业出版社刘副总编辑的信任，以及两年多来吕烨编辑的耐心和帮助。
　　航空燃气涡轮发动机结构完整性涉及结构强度、振动、寿命，以及可靠性和安全性等多个方面，专业领域广泛。本书内容涉及面较宽、各章内容相对独立、体例亦不尽统一，尤其是受研究工作和认识的局限，书中不妥之处在所难免，敬请您批评、指正，并提出宝贵的意见和建议。

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