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外物损伤(Foreign Object Damage,FOD)是航空发动机在使用过程中由于吸入硬物小颗粒而导致风扇/压气机叶片被冲击形成凹坑、缺口等的一种常见机械损伤。FOD损伤极易导致在工作过程状态下承受着高频振动载荷的风扇/压气机叶片提前发生高循环疲劳(High Cycle Fatigue,HCF)断裂失效,严重影响飞机的安全使用性。采用实验室模拟的方法对风扇叶片FOD进行损伤特征研究,进而研究FOD损伤对风扇叶片的HCF强度影响规律及预测,对提高风扇叶片FOD损伤容限能力具有重要指导意义。本文针对以上问题,选用了风扇叶片常用TC4钛合金,设计和加工了具有风扇叶片几何特征的平板试样和前缘试样,较为系统的研究了FOD损伤特征及FOD损伤相关各种因素对损伤叶片的HCF强度的影响规律。主要工作和结论如下:(1)对FOD损伤使航空发动机风扇叶片HCF强度降低的问题进行了国内外研究情况调研和综述。介绍了FOD损伤实验室模拟方法和数值模拟方法,以及FOD损伤对风扇/压气机叶片的HCF强度影响研究方法。结果表明:压缩空气炮法是最接近外场实际发生FOD损伤的模拟办法,国内在FOD损伤试验研究较少,特别是FOD损伤对风扇叶片的HCF强度影响研究。(2)采用压缩空气炮台发射3mm钢球在300m/s速度以不同冲击角度冲击平板试样和前缘试样来对FOD进行实验室模拟,并对FOD损伤进行了损伤特征研究。结果表明:冲击凹坑损伤的应力集中系数小于冲击缺口损伤的应力集中系数;冲击凹坑损伤周围的残余应力数值比冲击缺口周围残余应力数值大;FOD损伤周围由于高速冲击产生了绝热剪切损伤。(3)对TC4钛合金光滑试样、加工缺口试样及FOD损伤试样采用逐步加载的方法进行了HCF强度测试,并对部分FOD损伤试样进行了真空去应力退火,然后再采用相同的逐步加载测试方法测试了HCF强度,通过传统的疲劳缺口公式(Peterson)对FOD损伤试样的疲劳缺口系数进行了预测,采用电子扫描显微镜对FOD损伤试样疲劳断口进行了分析。结果表明:本文中所选用的TC4钛合金HCF强度值与航空材料手册中所给值差别较大,加工缺口试样疲劳缺口系数随着应力比增大而降低;FOD损伤导致试样的HCF强度下降非常明显,冲击缺口HCF强度下降程度大于冲击凹坑HCF强度,冲击凹坑损伤的危险角度为60°,冲击凹坑损伤的危险角度为75°,冲击凹坑损伤HCF强度下降最大为57%,冲击缺口损伤HCF强度下降最大为73%;冲击速度改变对模拟冲击缺口FOD损伤影响较小,随着冲击速度增加冲击缺口FOD损伤HCF强度下降程度略有增加;残余应力对于冲击凹坑FOD损伤影响比对冲击缺口FOD损伤大,去除残余应力后的冲击凹坑损伤的试样HCF强度增加而冲击缺口损伤的试样HCF强度下降;加载应力比R增加,FOD损伤试样的HCF强度下降程度略有减小;采用Peterson疲劳缺口公式预测FOD损伤试样的疲劳缺口系数误差较大;FOD损伤试样疲劳裂纹的萌生区在冲击损伤的表面或者亚表面,冲击形成的微裂纹、空洞将有利于裂纹的萌生以及扩展。