基于断裂力学方法的粉末盘低周疲劳寿命预测

为克服传统寿命预测未能考虑粉末合金夹杂物的缺陷,在某粉末封严盘定寿过程中,使用计算断裂力学方法模拟了夹杂缺陷从初始状态一直增大到可检尺度的扩展过程,并将该过程经历的循环数作为裂纹萌生寿命。在考虑小裂纹扩展速率修正的情况下萌生寿命为1639循环,若不采用修正则为4956循环,说明忽略"小裂纹效应"会得出偏于危险的萌生寿命计算结果。对含裂纹有限元模型的建立、裂纹扩展寿命计算中积分路径的选取等问题进行了讨论。使用断裂力学方法预测裂纹萌生寿命需要重复多次有限元计算及前沿光顺化处理,时间耗费较大,但在精确定量分析方面具有优势,可作为现有方法的有益补充,为发动机限寿件检修周期的确定提供依据。     

含缺陷涡轮盘的实际使用寿命计算方法

粉末冶金工艺流程中引入的微缺陷在循环载荷作用下易成为疲劳裂纹萌生点,导致涡轮盘实际使用寿命低于设计使用寿命从而引发灾难性事故。在目前工艺水平无法完全避免粉末冶金缺陷的情况下,为保证我国商用航空发动机能够取得适航认证并进入国际市场,发展并建立含缺陷涡轮盘的实际使用寿命计算方法是十分必要的。在有限元应力分析基础上,根据裂纹附近的周向拉伸应力计算应力强度因子;然后依据Pairs公式,采用逐次循环累加的方式逐步更新裂纹长短轴与裂纹中心坐标来模拟裂纹扩展过程,最后以临界断裂韧度为失效判据建立了含缺陷涡轮盘的实际使用寿命计算方法。以含缺陷一级涡轮盘为对象的实例分析表明,该方法能够根据超声波探伤检测结果计算出含缺陷涡轮盘在发生破裂前的实际使用寿命,以及缺陷形状、尺寸及应力强度因子随飞机起落循环数的变化曲线。使用三维有限元裂纹扩展模拟进行了校核计算,发现本文方法得出的寿命结果偏于保守(相对误差2.82%),且计算效率方面有明显优势。