顆粒增強鋁基復合材料結構高階振型疲勞試驗技術研究

吳 瓊, 鄧 瑛,2,3, 姚 罡, 張榮霞,2,3

（1.中國航空制造技術研究院，北京100024；2.塑性成形技術航空科技重點實驗室，北京 100024；3.數字化塑性成形技術與裝備北京市重點實驗室，北京 100024）

顆粒增強鋁基復合材料具有密度小、比強度及比模量高[1]、抗疲勞性好、韌性及抗沖擊性高、熱膨脹系數低、耐磨性好[2]等特點，對實現航空發動機結構的減重、增效起重要作用[3]。近年來，顆粒增強鋁基復合材料在航空發動機材料研制中開始嘗試應用[4]。普惠公司從PW4084發動機開始，將以DWA公司生產的擠壓態顆粒增強變形鋁合金復合材料作為風扇出口導流葉片，用于所有采用PW4000系發動機的波音777上。作為風扇出口導流葉片或壓氣機靜子葉片，鋁基復合材料的耐沖擊（冰雹、鳥撞等外物打擊）能力比樹脂基（石墨纖維/環氧）復合材料好，而且易于發現任何損傷。此外，還具有7倍于樹脂基復合材料的抗沖蝕（沙子、雨水等）能力，并使成本下降1/3以上[5-6]。葉片是航空發動機主要零部件之一，其工作環境復雜，結構因振動導致疲勞破壞是葉片主要的失效形式之一[7]。葉片結構的振動疲勞特性和壽命嚴重影響發動機的安全性和可靠性[8]。因此，開展該結構振動疲勞研究是非常必要的。

1 試驗方法

顆粒增強鋁基復合材料結構增強體為SiC顆粒，含量為17%，尺寸為10μm，且增強體彌散分布于基體中。此外，針對該結構第1階固有頻率低、完成1×107次循環周次試驗時間長的特點，首次提出在高階振型下開展疲勞試驗的方法，針對顆粒增強鋁基復合材料結構高階振型下振動應力分布復雜的特點，通過數值和試驗相結合的方法獲得振動應力極值所在位置。……