考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命预测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109977462A(43)申请公布日2019.07.05(21)申请号201910118685.2(22)申请日2019.02.17(71)申请人中国科学院工程热物理研究所地址100190北京市海淀区北四环西路11号(72)发明人冯引利蒋文婷高金海张帆杜强王沛刘红蕊刘军柳光廉曾妍徐庆宗王若楠肖向涛(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命预测方法(57)摘要本发明公开了一种考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命预测方法，其步骤如下：(1)基于轮盘的三维几何模型的循环对称特征，任选其中一个扇形段，建立有限元模型；(2)输入材料参数和载荷参数，计算轮盘经历一个循环的应变幅值和应力幅值；(3)根据应变幅及应变-寿命曲线预测轮盘表面无初始加工刀痕时的低循环疲劳寿命Nf-smo；(4)根据与裂纹尺寸对应的当量低循环寿命Nf-eqv的表达式，计算出Nf-eqv值；(5)根据Nf-rou＝Nf-smo-Nf-eqv预测考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命Nf-rou。本发明发考虑了轮盘表面初始加工刀痕对低循环疲劳寿命的影响，提高了低循环疲劳寿命预测精度。CN109977462ACN109977462A权利要求书1/1页1.一种考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命预测方法，其特征在于，该方法实现步骤如下：SS1.基于轮盘的三维几何模型的循环对称特征，任选其中一个扇形段，按表面无加工刀痕进行网格划分，建立有限元模型；SS2.基于步骤SS1建立的有限元模型，输入轮盘的材料性能参数和载荷参数，并施加边界约束，计算轮盘经历最小状态运转至最大状态再运转至最小状态这样一个循环中轮盘的最大应力、最小应力和最大应变、最小应变，得到应变幅值和应力幅值；SS3.根据步骤SS2计算得到的应变幅值及轮盘材料的应变-寿命曲线预测轮盘表面无初始加工刀痕时的低循环疲劳寿命Nf-smo；SS4.将轮盘表面的初始加工刀痕视作裂纹，假设轮盘表面某一裂纹是由一次断裂和低循环疲劳两种方式产生的，根据一次断裂应变能和低循环疲劳消耗应变能之间的关系，得到与裂纹尺寸对应的当量低循环寿命Nf-eqv的表达式，并根据轮盘的相关材料性能参数，计算出Nf-eqv的值；SS5.根据Nf-rou＝Nf-smo-Nf-eqv，计算出考虑轮盘表面初始加工刀痕的低循环疲劳寿命。2.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤SS1中，所述材料性能参数至少包括材料密度、弹性模量、线膨胀系数及应力-应变曲线，所述载荷参数至少包括最大状态和最小状态时轮盘的转速、温度。3.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤SS3中，轮盘材料的应变-寿命曲线通过材料手册获得。4.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤SS4中，所述轮盘的相关材料性能参数至少包括断裂强度、断裂延性、应变硬化指数、对应应变幅下每个循环单位体积消耗的塑性应变能，并通过材料手册获得。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，与裂纹尺寸对应的当量低循环寿命Nf-eqv的表达式如下：其中，σf、εf、n为材料常数，分别为断裂强度、断裂延性、应变硬化指数；σa为步骤SS2计算得到的应力幅值；ΔW为对应应变幅下每个循环单位体积消耗的塑性应变能，也为材料常数；a1为对低循环疲劳寿命无影响的最大裂纹尺寸，为已知值；a2为表面初始加工刀痕深度，为已知值。2CN109977462A说明书1/3页考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命预测方法技术领域[0001]本发明属于轮盘疲劳寿命测试领域，涉及一种考虑表面初始加工刀痕的零件低循环疲劳寿命预测方法，特别涉及一种基于能量法考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命预测方法。背景技术[0002]航空发动机中轮盘是主要的旋转部件之一，是主要的承力件，在高速旋转时不仅承受轮缘处叶片的离心载荷，同时还承受轮盘自身的离心载荷及轮缘轮心温差形成的热载荷。[0003]低循环疲劳失效是轮盘失效的主要模式之一，当飞机从地面静止状态起飞至高空状态，完成任务后再降落至地面静止状态这一完整的起落过程中，发动机轮盘会经历从最小状态至最大状态再回到最小状态的过程。在这一过程中发动机轮盘上的应力会交变一次，从最小值到最大值再回到最小值。飞机每执行一次飞行任务，发动机上轮盘的应力均交变一次，轮盘某些应力集中部位(例如：盘体喉部)在经历了一定数量的应力交变后，在其表面会出现裂纹，对应的应力交变次数或发动机起飞降落循环次数称为发动机轮盘的低循环疲劳寿命。[0004]现阶段，轮盘低循环疲劳寿命预测时，是基于材料手册给定的应力寿