超塑性成型中空結構設計與分析

Design and Analysis of Superplastically-Formed Hollow Structures

鄭榮和(Jung-Ho Cheng) ； 黃耀諆(Yao-Chi Huang) ； 陳水源(Shui-Yuan Chen)

《中國航空太空學會學刊》 27卷1期 (1995/03) Pp. 51-60

https://doi.org/10.6124/TAASRC.199503_27(1).06

摘要

航空零組件多要求高的強度－重量比和勁度－重量比，要達到這個要求除了材料的選擇外亦需結構體的適當設計。本研究的對象是飛機引擎進氣口風扇葉片，高性能飛機引擎的使用需求使得更寬大更輕的引擎葉片設計愈形迫切，中空化的葉片結構設計是輕量化的有效途逕。在不改變葉片外形而能盡量減輕重量，亦需達到各種力學拘束要求以求得最佳設計，這使得傳統的嘗試修正設計方法已無法勝任，而必須仰賴更有系統的模擬分析來了解引擎葉片在劇烈環境下的結構反應，以輔助研發與設計工作。
本研究採用商用套裝有限元素分析軟體ABAQUS及ABAQUS/Explicit進行實心與中空葉片的靜、動力學分析比較，分析項目包括振動、挫曲、應力集中及外物撞擊分析等。在各項的力學分析中皆以實心葉片爲比較標準，分析比較不同的中空或內部補強葉片設計，而最終的目標則是希望能尋求一最佳的中空葉片結構設計。

關鍵字

飛機引擎葉片 ； 中空結構設計 ； 有限元素分析

並列摘要

All aerospace components require high strength-to-weight ratio and stiffness-to weight ratio. In order to satisfy this demand, except for the selection of materials, proper structural design is also a necessity. In this study, a fan blade of an aero engine is redesigned by hollowing out its interior while adding reinforcements to satisfy all the mechanics constraints at the same time reduce the weight. The new fan blade is to be produced by combined diffusion bonding and superplastic forming methods.
ABAQUS and ABAQUS/Explicit finite element programs are adopted to perform the static and dynamic analyses of the original solid and new hollow blades. Comparison of the structural behaviors include vibration characteristics, buckling, stress concentration and foreign object impact, and so on. The objective of this research is to provide a guide for achieving an optimal stiffened hollow fan blade.

並列關鍵字

Aircraft engine blade ； hollow structure design ； finite element analysis