一种基于涡轮盘低循环疲劳裂纹扩展寿命预测方法.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CN106644783A(43)申请公布日2017.05.10(21)申请号201611266915.2(22)申请日2016.12.31(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人胡殿印刘茜毛建兴王西源王荣桥(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人杨学明顾炜(51)Int.Cl.G01N3/32(2006.01)G01M5/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种基于涡轮盘低循环疲劳裂纹扩展寿命预测方法(57)摘要本发明涉及一种基于涡轮盘低循环疲劳裂纹扩展寿命预测方法，步骤：(1)利用扫描电镜采集涡轮盘不同采样部位微观数据，得到分布规律；(2)针对不同取样部位设计低循环疲劳试验采集宏观数据；(3)依据(1)和(2)中采集的数据，得到寿命分散因子的分布和考虑涡轮盘不同取样位置寿命分散性的Paris公式；(4)通过静强度分析得到危险点部位应力强度因子△K，利用(3)中得到的寿命分散因子和考虑寿命分散性的Paris公式，积分后得到裂纹扩展寿命与裂纹长度关系，根据裂纹长度给出裂纹扩展寿命。CN106644783ACN106644783A权利要求书1/2页1.一种基于涡轮盘低循环疲劳裂纹扩展寿命预测方法，其特征在于实现步骤如下：(1)微观晶粒尺寸数据采集：在涡轮盘盘缘A、盘心B和安装边D分别多次采样，利用扫描电镜观察微观组织特征，分别得到涡轮盘盘缘A、盘心B和安装边D三个不同位置处晶粒尺寸dA，dB，dD，三者取平均计算涡轮盘平均晶粒尺寸所述微观组织特征指晶粒、二次相/强化相的分布；(2)宏观裂纹扩展数据采集：对盘缘A、盘心B和安装边D三个部位多次采样CT试件进行不同应力比、不同温度的载荷条件下低循环疲劳试验，所述CT试件为标准紧凑拉伸试件；低循环疲劳试验中，显微镜记录预制裂纹处裂纹张开及闭合过程的图片，利用数字图像相关法DIC对比裂纹张开及闭合过程的图片之间的差异，得到图片中各点在不同图片之间的位移a，记录每张图片对应的实验循环数N；最后利用某一时间段内位移差da除以实验循环数dN，便得到涡轮盘A、B、D三处试件不同应力比和不同温度条件下裂纹扩展速率da/dN；所述不同应力比指试验循环加载时最小应力与最大应力之比，根据涡轮盘工作时载荷谱计算得到；所述不同温度指试验时试件加载温度包括A、B、D三处服役温度加上室温，覆盖整盘温度场；所述低循环疲劳试验指实验中最大应力超过了材料的屈服应力，发生破坏时应力循环次数一般低于为103～104，低循环疲劳为涡轮盘结构在工作过程中常见的一种工作状态；(3)裂纹扩展分析方法：利用步骤(1)得到的微观A、B和D处晶粒尺寸dA，dB，dD和涡轮盘平均晶粒尺寸数据，以及步骤(2)得到的涡轮盘A、B、D三处试件不同应力比和不同温度条件下裂纹扩展速率数据da/dN代入Paris公式中，利用统计学方法拟合得到公式中的参数C和n；再将C和n代入考虑寿命分散性的Paris公式中，利用统计学方法拟合得到考虑寿命分散性的Paris公式中的寿命分散因子XL，每一个试件对应一个寿命分散因子，将寿命分散因子按照A、B、D三处位置进行分类，选择正态分布拟合得到A、B、D三处寿命分散因子的分布；(4)低循环疲劳裂纹扩展寿命预测方法：通过涡轮盘结构静强度分析确定危险点位置，假设为盘缘A、盘心B或安装边D三者之间某处，通过该某处静强度分析得到的裂纹类型查找应力强度因子手册计算得到该某处应力强度因子范围△K，将△K和步骤(3)得到的该某处寿命分散因子的分布代入考虑寿命分散性的Paris公式，对此Paris公式积分得到裂纹扩展寿命与裂纹长度关系；初始裂纹长度a0和断裂时最终裂纹长度ai分别表示涡轮盘在外场工作过程中初次通过裂纹观察技术观察到的裂纹长度和涡轮盘断裂时的裂纹长度，使用者通过外场统计数据得到或者进行涡轮盘试验时利用显微镜观察得到，将初始裂纹长度a0和断裂时最终裂纹长度ai代入裂纹扩展寿命与裂纹长度关系中即可计算裂纹扩展寿命。2.根据权利要求1所述的一种基于涡轮盘低循环疲劳裂纹扩展寿命预测方法，其特征在于：所述步骤(3)中得到寿命分散因子分布的方法为：首先对(2)中所有CT试件统一使用Paris公式拟合，得到与涡轮盘材料有关的材料常数C和n；然后将材料常数C和n代入考虑寿命分散性的Paris公式中，对(2)中盘缘A、盘心B和安装边D三处的每个CT试件单独使用此公式拟合得到每个CT试件的寿命分散因子，最终得到涡轮盘盘缘A、盘心B和安装边D三处的寿命分散因子分布。3.根据权利要求1所述的一种基于涡轮盘低循环疲劳裂纹扩展寿命预测方法，其特征2CN106644783A