一种基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115935547A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211626671.XG06F119/14(2020.01)(22)申请日2022.12.16(71)申请人中国航发沈阳发动机研究所地址110015辽宁省沈阳市沈河区万莲路1号申请人南京航空航天大学(72)发明人郭秩维李昀睿胡绪腾曹航蔚夺魁宋洋唐雪鹤(74)专利代理机构北京航信高科知识产权代理事务所(普通合伙)11526专利代理师王伟立(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06F119/02(2020.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称一种基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法(57)摘要本申请属于疲劳寿命计算领域，特别涉及一种基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法。包括：获取在限制载荷工况作用下轮盘的应力或应变分布；在轮盘的特征部位预制初始裂纹，并计算在限制载荷工况作用下，初始裂纹前缘的应力强度因子分布曲线；根据第一裂纹扩展计划，当裂纹前缘的应力强度因子达到材料的断裂韧度Kc时终止扩展，得到裂纹扩展形貌以及应力强度因子分布曲线；获取I类循环峰值载荷工况作用下轮盘的应力或应变分布；计算在I类循环峰值载荷工况作用下，对应裂纹扩展形貌下的应力强度因子最大值KC′；以应力强度因子最大值KC′作为裂纹终止扩展条件，计算裂纹扩展寿命。本申请裂纹扩展寿命更为保守，安全性更高。CN115935547ACN115935547A权利要求书1/2页1.一种基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，包括：步骤一、获取限制载荷工况，以及在所述限制载荷工况作用下轮盘的应力或应变分布；步骤二、在轮盘的特征部位预制初始裂纹，并计算在所述限制载荷工况作用下，初始裂纹前缘的应力强度因子分布曲线；步骤三、获取第一裂纹扩展计划，并根据所述第一裂纹扩展计划，在所述限制载荷工况作用下进行裂纹扩展，当裂纹前缘的应力强度因子达到材料的断裂韧度Kc时终止扩展，得到裂纹终止扩展时的裂纹扩展形貌以及对应裂纹前缘的应力强度因子分布曲线；步骤四、获取I类循环峰值载荷工况，以及在所述I类循环峰值载荷工况作用下轮盘的应力或应变分布；步骤五、计算在所述I类循环峰值载荷工况作用下，对应所述裂纹扩展形貌下的裂纹前缘的应力强度因子分布曲线，并得到裂纹前缘的应力强度因子最大值K′C；步骤六、获取第二裂纹扩展计划，并根据所述第二裂纹扩展计划，在所述I类循环峰值载荷工况作用下进行裂纹扩展，当裂纹前缘的应力强度因子达到K′C时终止扩展，得到指定裂纹扩展路径下裂纹扩展长度和对应应力强度因子的关系曲线，结合裂纹扩展速率模型，计算得到裂纹扩展长度与扩展寿命曲线，根据裂纹扩展寿命曲线，获得裂纹扩展寿命。2.根据权利要求1所述的基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，步骤一中，所述获取限制载荷工况，以及在所述限制载荷工况作用下轮盘的应力或应变分布，包括：获取限制载荷工况：转速n＝15000r/min，轮缘受到的叶片离心拉应力为450Mpa；利用线弹性有限元方法得到在所述限制载荷工况作用下轮盘盘心区域的周向应力分布。3.根据权利要求2所述的基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，步骤二中，所述初始裂纹的大小为：对于表面裂纹，初始裂纹大小为：长度×深度＝0.76mm×0.38mm；对于角裂纹，初始裂纹大小为：长度×深度＝0.38mm×0.38mm。4.根据权利要求3所述的基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，步骤二中，所述在轮盘的特征部位预制初始裂纹具体为：在轮盘盘心预制初始裂纹，所述初始裂纹为表面裂纹，裂纹长度为0.76mm，裂纹深度为0.38mm。5.根据权利要求4所述的基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，步骤三中，所述第一裂纹扩展计划包括：以上一个裂纹前缘的应力强度因子中位点对应的裂纹扩展长度的p％作为下一个裂纹前缘的应力强度因子中位点处裂纹扩展增量：Δamedian＝amedeian×p％裂纹前缘其它点的裂纹扩展增量，根据如下公式计算：2Δai＝Δamedian×(Ki/Kmedian)其中，amedeian为裂纹前缘的应力强度因子中位点处的裂纹扩展长度，Δamedian为下一个裂纹前缘的应力强度因子中位点处裂纹扩展增量，Ki为裂纹前缘第i点的应力强度因子值，Kmedian为裂纹前缘应力强度因子中位值。6.根据权利要求5所述的基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法，其2CN115935547A权利要求书2/2页特征在于，所述p％为15％。7.根据权利