一种非线性的涡轮叶片高低周复合疲劳寿命预测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114662236A(43)申请公布日2022.06.24(21)申请号202210278967.0(22)申请日2022.03.21(71)申请人广东石油化工学院地址525000广东省茂名市茂南区官渡街道官渡二路139号(72)发明人杜文毅何东晓岳鹏黄崇林乔东凯夏业波(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200专利代理师姚咏华(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/20(2020.01)G06F119/04(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种非线性的涡轮叶片高低周复合疲劳寿命预测方法(57)摘要本发明公开了一种非线性的涡轮叶片高低周复合疲劳寿命预测方法，包括：基于非线性损伤累积演化过程，将疲劳驱动力引入到疲劳寿命预测中；根据疲劳累积损伤理论，考虑高周疲劳‑低周疲劳交互产生的耦合损伤，将耦合损伤引入到包含低周疲劳损伤和高周疲劳损伤的复合疲劳损伤中；基于高低周复合疲劳的失效机理，建立高低周复合疲劳的等效应力范围比，提出一种非线性的高低周复合载荷下寿命预测模型。本发明所提方法能预测涡轮叶片结构及标准试样件在高低周复合疲劳载荷下的疲劳寿命，并具有较高的预测精度，为发动机涡轮叶片的定寿及可靠性评估提供理论支撑。CN114662236ACN114662236A权利要求书1/2页1.一种非线性的涡轮叶片高低周复合疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对涡轮叶片试样进行不同应力下的疲劳试验，得到应力‑寿命曲线，并将疲劳驱动力引入到疲劳寿命预测中；步骤2，基于疲劳驱动力的非线性损伤累积方法，得到不同载荷水平下疲劳驱动力的表达式；步骤3，将疲劳驱动力引入到发动机涡轮叶片高低周复合疲劳累积损伤过程，得到复合循环块个数；步骤4，由高低周复合疲劳的失效机理，基于疲劳累积损伤理论，将耦合损伤引入到包含高周疲劳损伤和低周疲劳损伤的复合疲劳损伤中，并得到修正的高低周复合疲劳损伤表达式；步骤5，考虑高周疲劳‑低周疲劳交互产生的耦合损伤，结合最大应力引入一个高低周复合疲劳的等效应力范围比，开展高低周复合疲劳的寿命预测。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述疲劳驱动力是一个与施加应力、加载次数和疲劳寿命有关的函数，通过S‑N曲线表示：bC＝σNf(1)其中，Nf为施加载荷σ对应的疲劳寿命，C和b为由实验拟合的材料常数。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述疲劳驱动力可表示为：其中，n为载荷σ的作用次数。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，基于疲劳驱动力的非线性损伤累积过程，得到疲劳驱动力为临界值时的表达式：其中，σDC为临界值C时疲劳强度，Nf1和Nf2分别为第一级载荷σ1和第二级载荷σ2对应的疲劳寿命，且n1和n2分别是第一级载荷σ1和第二级载荷σ2的载荷作用次数。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，将疲劳驱动力引入到将高低周复合疲劳中，并取对数，则有：其中，NLCF和NHCF分别为低周疲劳寿命和高周疲劳寿命，n为载荷σ的作用次数，N为高低周复合载荷下的复合载荷块。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3中，高低周复合载荷下的复合载荷块为：2CN114662236A权利要求书2/2页7.如权利要求所5所述的方法，其特征在于，步骤4中，考虑高周疲劳‑低周疲劳产生的耦合损伤对复合疲劳寿命的影响，基于疲劳累积损伤理论，将高低周复合疲劳损伤修正为：其中，α为高低周应力幅值比，且σL和σH分别为低周疲劳应力和高周疲劳应力。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5，基于最大应力得到的高低周复合载荷的等效应力范围比为：其中，σmax为高低周复合载荷下的最大应力，σL和σH分别为低周疲劳应力和高周疲劳应力。9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤5中，高低周复合疲劳寿命为：其中，αeq为高低周复合疲劳等效应力范围比。3CN114662236A说明书1/4页一种非线性的涡轮叶片高低周复合疲劳寿命预测方法技术领域[0001]本发明涉及涡轮叶片的疲劳预测，特别涉及一种在高低周复合载荷下涡轮叶片的非线性的疲劳寿命预测方法。背景技术[0002]随着航空发动机日益增长的高性能、高速化和高可靠性要求，涡轮叶片等热端部件的服役环境愈加恶劣，承受的交变载荷更加复杂，发生各种破坏的概率也越来越大。特别是涡轮叶片在高温、高压、高速、重载的极端条件下工作，其结构完整性可能受到多种损伤机制的威胁，包括高周疲劳、低周疲劳、热疲劳、多轴疲劳、蠕变、氧化及其复合等，其中由高低周复合疲劳(CCF)引发的疲劳失效占总数的38％，对发动机的结构完