基于有限元模拟的航空发动机W型金属封严环微动磨损分析

摘要

为提高航空发动机的运行效率并减少因金属封严环磨损导致的气流泄漏，结合数值模型与有限元仿真技术，模拟了W型金属封严环在实际工况下的微动磨损过程。重点分析了位移幅值与循环次数对封严环磨损的非线性影响，并建立了不同位移幅值下，封严环磨损量V随轴向载荷循环次数n的非线性关系。研究结果表明：最大Mises应力随位移幅值增大而显著上升，在0.14 mm位移幅值下达到2 443.56 MPa，较0.10 mm工况增加570.72 MPa。同时，接触区宽度随位移幅值增大而增加，导致接触应力下降，密封性能衰退。磨损深度在0.14 mm位移幅值下达到0.004 15 mm，高于0.10 mm工况。随着循环次数增加，磨损持续累积，接触应力逐渐降低，最大Mises应力不断上升。试验测得平均磨损失效循环次数为30 882次，且随位移幅值增大而减少。基于磨损量与循环次数的非线性关系，建立了二次多项式预测模型，磨损失效循环次数预测误差在13.5%～16.1%之间，验证了模型可靠性。该研究为金属封严环微动磨损分析与设计提供了新方法。

关键词

航空发动机 / W型金属封严环 / 微动磨损 / 非线性磨损 / 有限元