涡轮增压器叶片高低周疲劳寿命特性分析

转子是涡轮增压器高速旋转部件,在运行中承受高低周疲劳载荷,其安全运行尤为重要.为获得涡轮增压器叶片的高低周疲劳寿命,通过改变高低周疲劳中高周应力比和单个复合疲劳载荷块中的高周频率,分析疲劳寿命特征,建立了基于Miner理论的寿命评估模型,利用此模型分析得出160 000 r/min转速下涡轮叶片的高低周复合疲劳寿命.通...     

航空发动机涡轮盘低循环疲劳-蠕变寿命预测

针对某型航空发动机高压涡轮盘建立有限元模型,用有限元程序计算该结构在循环裁荷作用下的塑性蠕变变形,并考虑温度载荷的作用。计算了结构危险点在相应温度下的低循环疲劳寿命、蠕变寿命。最后利用线性累积损伤理论进行涡轮盘结构的低循环疲劳-蠕变寿命预测,并讨论了平均应力的影响。     

再制造航空发动机涡轮盘LCF寿命预测研究

针对缺乏航空发动机再制造涡轮盘低周疲劳(low cycle fatigue,LCF)参数数据,无法直接利用传统寿命预测方法进行再制造涡轮盘LCF寿命预测的现状,考虑疲劳极限与疲劳寿命的关系,提出利用再制造涡轮盘寿命修正系数,对通过有限元应力-应变分析及局部应力-应变法得到的寿命预测结果进行修正的方法,实现再制造涡轮盘寿命预测．最后将预测结果与相关试验结果进行对比,证明预测结果具有一定准确性．     

一种多轴疲劳寿命预测的统一模型

基于SAE 1045中碳钢的单-多轴疲劳试验结果,在研究了扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅不同比值时的多轴疲劳寿命预测模型之后,建立了统一的多轴疲劳寿命预测模型。发现：不同的扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅之比导致不同的寿命预测模型,为寻求单轴模型与多铀统一模型的关系,假设单轴疲劳寿命预测模型中的疲劳强度指数和疲劳延性指数不变,而对疲劳强度系数乘以1．5435、疲劳延性系数乘以0．6713,以第一主应变幅取代单轴拉压应变幅,则修正后的单轴模型等价于多轴统一模型,利用修正后的单轴模型可以预测任意扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅之比时的多轴疲劳寿命。     

用粘弹性理论预测沥青混合料的劈裂疲劳寿命

基于粘弹性理论,用拟应变来代替实际应变,建定了劈裂疲劳的破坏标准,推导了沥青混合料的劈裂疲劳寿命预测模型.通过劈裂蠕变试验确定了蠕变柔量、斜率、松驰模量以及拟应变等模型参数,预测了AC13沥青混合料在0.1和0.15应力比下的劈裂疲劳寿命.最后经劈裂疲劳试验验证,修正了预测模型.结果表明:预测模型可以较为准确地预估劈裂疲劳寿命,其离散性小于传统的劈裂疲劳试验,并可以大幅度减少试验量,节约试验时间.文中还给出了一个推荐的修正系数值,即0.713～0.757.     

考虑应力松弛的涡轮盘蠕变-疲劳寿命快速预估方法

对于航空发动机涡轮盘来说,主要存在蠕变失效和疲劳失效这两种失效模式;在循环工作条件下,蠕变损伤和疲劳损伤不断累积,且蠕变损伤和疲劳损伤存在交互作用.此外,由于金属材料在高温和高应力下存在明显的蠕变变形,从而造成涡轮盘存在应力松弛现象.因此,蠕变-疲劳损伤分析就成为涡轮盘寿命预测的重要组成部分.基于线性损伤累积理论,提出了在典型梯形循环转速谱作用下考虑应力松弛的涡轮盘蠕变-疲劳寿命的工程化快速算法.并利用算例验证了该方法的有效性.     

高温高低周复合载荷试验加载技术

为了获取航空发动机涡轮转子叶片的疲劳寿命,通过电磁感应加热、高低周复合载荷协调加载控制方法实现正交载荷解耦联合加载,研究了转子叶片在高温环境、低周离心载荷和高周振动载荷耦合响应,并基于涡轮叶片模拟试验件,对上述技术进行了验证.结果表明,该试验技术具备可行性和正确性.可见该技术可以实现航空发动机结构部件的多场耦合复杂载荷...     

缺口对GH33A合金在复杂应力条件下力学行为的影响——高温合金力学冶金(11)

本文研究了缺口对GH33A合金在高温低周疲劳及劳疲/蠕变交互作用下的力学行为。结果表明:缺口使GH33A合金低周疲劳寿命缩短,其缩短的程度随缺口尖锐程度的增加而加剧。低周疲劳高应力时,保载时间的作用引入了蠕变分量,促使低周疲劳寿命Nf降低。在低周疲劳固定最大应力,改变最小应力而造成蠕变/疲劳交互作用情况下,其断裂寿命在一定条件下具有最大值,断裂机制可由纯疲劳断裂逐步转化为纯蠕变断裂,其程度主要决定于蠕变应力(或疲劳应力)分量所占比例的大小。     

基于粘弹性理论的沥青混合料劈裂疲劳寿命预测

以粘弹性理论为基础,用拟应变来代替实际应变,建定了劈裂疲劳的破坏标准,推导了沥青混合料劈裂疲劳寿命预测模型。通过劈裂蠕变试验确定了蠕变柔量、m值、松驰模量以及拟应变等模型参数,预测了AC13沥青混合料在0.1和0.15应力比下的劈裂疲劳寿命。最后经劈裂疲劳试验验证,修正了预测模型。结果表明,预测模型可以较为准确预估劈裂疲劳寿命,其离散性小于传统的劈裂疲劳试验;可以大幅度减少试验量,节约试验时间;推荐的修正系数k为0.757~0.713,可供今后研究参考。     

涡轮叶片蠕变寿命预测方法研究

针对高温构件的蠕变断裂寿命的预测方法进行了研究 ,根据蠕变试验 ,得到了 DD3单晶材料的蠕变常数 ,结合某航空发动机单晶涡轮叶片的蠕变行为 ,用 L- M法、θ法和改进的θ法进行了蠕变寿命预测 ,并进行了热弹塑性蠕变计算 .所得结果对工程应用是有参考价值的 .     

一种新的多轴疲劳寿命预测模型

基于SAE 1045中碳钢和40CrNiMo合金钢的疲劳试验结果,分别建立了单轴和多轴疲劳应变-寿命模型,寻求了两种模型的关系,发现:就所研究的两种材料而言,如果假设单轴疲劳应变-寿命模型(Manson-Coffin方程)中的疲劳强度指数和疲劳延性指数不变,而对疲劳强度系数乘以1.093 7、疲劳延性系数乘以0.751 2,以von Mises等效应变幅取代单轴拉压应变幅,则修正后的单轴模型等价于多轴模型。修正后的多轴疲劳寿命预测模型中,弹性线上移,塑性线下移的事实表明:对于同样大小的应变幅,单轴疲劳中的弹性应变分量大于多轴疲劳中的弹性应变分量,而单轴疲劳中的塑性应变分量小于多轴疲劳中的塑性应变分量。利用修正后的模型可以预测多轴疲劳寿命。     

基于二阶粒子群算法优化的神经网络再制造工件疲劳寿命预测

再制造工件多元异质材料特性及工艺参数对疲劳寿命的影响,使得传统的疲劳寿命计算方法无法适用于再制造工件,针对此问题建立了再制造工件疲劳损伤预测修正模型,并通过疲劳试验分析了不同熔覆厚度和宽度条件下对试件疲劳强度和可靠性寿命的影响,同时获取了寿命预测修正系数;进而采用二阶粒子群算法优化的反向传播(back propagation,BP)神经网络,构建了材料性能参数、应力水平及再制造工艺影响因素与疲劳寿命之间的关系模型,针对再制造工件进行寿命预测。结果表明,神经网络的预测结果与试验数据相符,优于数值计算预测模型,为实现再制造工件的疲劳寿命预测提供了一种新的方法和手段。     

涡轮叶片热疲劳分析

针对涡轮叶片工作产生的热疲劳破坏问题,利用Solidworks三维建模软件建立叶片CAD模型,运用ANSYS有限元软件workbench模块对其进行300℃~600℃温度梯度工况下的热疲劳分析,分析得到涡轮叶片温度场和热应力分布云图,确定了涡轮叶片危险部位及应力分布情况,进而对涡轮叶片进行疲劳寿命预测,研究结果对提高涡轮叶片可靠性提供借鉴与参考。     

保载条件下的第一类疲劳蠕变断裂特征图——疲劳蠕变交互作用研究之三

本文在大型熔铸涡轮疲劳蠕变第一类断裂特征图基础上,进一步研究最大应力保载对疲劳蠕变断裂行为影响及在保载条件下的第一类断裂特征图,实验结果表明断裂周次随交变应力与平均应力变化呈现与无保载相同的,“反C”型规律。与无保载相比,保载显著地降低断裂周次,使断裂曲线向低寿命区移动。保载增大蠕变作用,使疲劳机构转变成蠕变机构,扩大蠕变为主的C区,缩小疲劳为主的F区,以至于保载足够长的时间,疲劳机构消失。在断裂机构理论分析与断口观察以及宏观寿命规律基础上建立在保载条件下的第一类断裂特征图,该图提供了保载下的宏观与微观资料。本文还讨论了保载时间对断裂时间影响的规律,以至竞争模与积累模型在保载条件下的适用性。     

焊接节点构造细节的低周疲劳试验研究

为了研究Q235低碳素钢平板对接焊接试件以及十字型承载V型坡口焊接试件的低周疲劳行为,采用等幅应变控制法对24个试件在不同塑性应变幅下的超低周疲劳性能进行了测试,拟合得到了两类焊接构造细节试件的疲劳寿命S-N曲线,并将测试结果与国际焊接协会发布的疲劳设计规程中同类焊接构造细节的S-N曲线进行对比.结果表明:平板对接焊接试件与十字型承载V型坡口焊接试件的裂纹起源不相同;在超低周疲劳范围内,两类焊接材料的损伤破坏主要包括材料延性损伤和循环疲劳损伤,比国际焊接协会中相同疲劳构造细节的高周疲劳寿命S-N曲线预期的疲劳强度更低,表现出更低的疲劳寿命.     

低银Sn1.0Ag0.5Cu焊点疲劳寿命预测

基于Garofalo-Arrhenius蠕变模型,采用有限元法模拟WLCSP 5×6器件低银Sn1.0Ag0.5Cu无铅焊点的应力-应变响应,并借助蠕变应变疲劳寿命预测模型计算Sn1.0Ag0.5Cu焊点疲劳寿命.结果表明:在交变的温度循环载荷作用下,整个电子器件出现明显的翘曲现象,中心焊点的应力-应变最小,从中心到拐角焊点应力-应变逐渐增加,拐角焊点应力-应变最大.随着服役时间的增加,焊点内部的蠕变应变显著增加.计算Sn3.0Ag0.5Cu,Sn1.0Ag0.5Cu和Sn37Pb三种焊点的疲劳寿命,发现Sn3.0Ag0.5Cu焊点疲劳寿命明显高于另外2种焊点,Sn1.0Ag0.5Cu和Sn37Pb焊点的疲劳寿命相当.证明了低银Sn1.0Ag0.5Cu无铅钎料可以代替Sn37Pb钎料应用于电子封装,研究结果为低银无铅钎料和焊点可靠性的研究提供了理论支撑.     

金属高温疲劳强度的损伤力学评价

通过高温疲劳损伤分析，提出了塑性损伤和蠕变损伤定义；建立了不同类型热疲 劳和高温低周疲劳损伤量Ｄ的确定方法和损伤发展方程；对蠕变疲劳交互作用下的 损伤迭加进行简化；提出用损伤力学方法评价金属高温疲劳寿命公式，以铸铁材料进 行试验和解析结果表明，所建立的评价寿命公式是正确的。     

1 mm厚304L不锈钢冷轧板的低周疲劳性能分析

为了研究304L奥氏体不锈钢的低周疲劳特性,选用1 mm厚304L不锈钢冷轧板为研究对象,采用单向静态拉伸试验法和变应力低周疲劳试验法对其光滑试件进行试验,并利用Basquin公式和Manson-Coffin修正公式预测其疲劳寿命。静拉伸结果表明:304L不锈钢具有良好的塑性,光滑试件的屈服强度和抗拉强度分别是材料本身的2. 25倍和1. 90倍;低周疲劳试验结果表明:随着加载应力水平的增加,疲劳寿命持续衰减,持续加载过程中试件产生了循环硬化现象。两种方法的预测结果基本处在2倍分散带内,但Basquin公式比Manson-Coffin修正公式更适合预测该材料的低周疲劳寿命。     

随机载荷下风电叶片疲劳寿命及可靠性试验评估

为对随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命及可靠性进行预测与评估,首先基于Miner累积损伤理论及全概率公式,推导出随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测模型;然后根据寿命等效原则(即随机载荷下的疲劳寿命与恒幅载荷下的疲劳寿命相等)提出了随机载荷下风电叶片疲劳可靠性评估的等效应力试验法;最后通过风电叶片复合材料的疲劳试验数据对本文方法的有效性进行验证.结果表明:本文方法能够有效预测与评估风电叶片复合材料的疲劳寿命及可靠性,为随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测及可靠性试验评估提供理论依据.     

考虑进气冷却效应的活塞低周疲劳寿命预测

针对进气过程中活塞顶面温度分布不均匀,会对活塞疲劳寿命计算产生影响的问题,采用燃烧模拟和有限元方法,结合材料试验,进行了活塞低周疲劳寿命预测。首先,通过CFD仿真,获取了考虑进气冷却效应的燃烧室温度分布,有限元仿真计算了活塞温度和应变;然后,进行了573 K下的活塞材料拉伸试验和疲劳试验,获取了活塞材料力学参数并推导出活塞疲劳寿命预测模型;最后,结合活塞应变和疲劳寿命预测模型,对比分析了进气冷却效应对活塞低周疲劳寿命的影响。研究结果表明:考虑进气冷却的燃烧室,燃气温度分布不对称,进排气侧的温差达到了75 K左右;活塞应变较大的位置主要集中在活塞凹坑底部、冷却油腔内部、环岸内部和活塞销孔上半部;考虑进气冷却效应导致活塞最大应变值上升了0.425%,低周疲劳寿命降低了13.8%。