转子叶片的外物损伤及疲劳寿命试验研究

为了研究外物损伤(FOD)对叶片疲劳寿命的影响,用能量等效落锤冲击钛合金TC4(Ti-12Al-4A)板试件侧边,模拟转子叶片进气边受到小硬物颗粒冲击时引起的外物损伤,观测冲击后产生的缺口变形特点及缺口尺寸与冲击能量的关系,试验结果表明:冲击产生的缺口深度,随冲击能量的增大而增加,成非线性关系。在不同循环应力下,对外物损伤试件进行了脉动循环应力疲劳试验,试验结果指出,进气边的FOD显著降低叶片的疲劳寿命,损伤试件寿命与无损情况寿命的比值随循环应力的提高而增大;存在与FOD对应的循环应力极限,当工作应力较低时可以不考虑冲击损伤的影响。     

Q235钢和16Mn 接头超长寿命疲劳行为及疲劳寿命设计

使用自行研制超声疲劳试验系统对焊接接头进行超长寿命疲劳试验,对比了普通焊态焊接接头与超声冲击态焊接接头超长寿命区间的疲劳行为.研究结果表明:无论是焊态焊接接头还是超声冲击态焊接接头,其疲劳寿命S-N曲线均为连续下降曲线;焊态和超声冲击态焊接接头在1×107循环周次附近甚至1×109循环周次时接头试件仍然出现了断裂;对于不同焊后处理状态的焊接接头,分别给出了普通寿命区间和超长寿命区间(以1×107为疲劳寿命分界点)参考疲劳设计曲线,对今后焊接接头的疲劳寿命设计提出了建议.     

Q235钢和16Mn钢接头超长寿命疲劳行为及疲劳寿命设计

使用自行研制超声疲劳试验系统对焊接接头进行超长寿命疲劳试验,对比了普通焊态焊接接头与超声冲击态焊接接头超长寿命区间的疲劳行为．研究结果表明：无论是焊态焊接接头还是超声冲击态焊接接头,其疲劳寿命S-N曲线均为连续下降曲线;焊态和超声冲击态焊接接头在1×10^7循环周次附近甚至1×10^9循环周次时接头试件仍然出现了断裂;对于不同焊后处理状态的焊接接头,分别给出了普通寿命区间和超长寿命区间（以1×10^7为疲劳寿命分界点）参考疲劳设计曲线,对今后焊接接头的疲劳寿命设计提出了建议．     

基于热力耦合计算的涡轮叶片疲劳?蠕变寿命预测

对Morrow修正公式中的疲劳强度系数和疲劳强度指数进行修正,建立了涡轮叶片低周疲劳寿命预测模型.利用有限元软件ANSYS对涡轮叶片进行热力耦合计算,得到了涡轮叶片在离心、温度及气动三种载荷联合作用下的应力应变分布规律.应用所提出的低周疲劳寿命预测模型和蠕变持久方程,对在叶身上选取的5个考核点进行了疲劳/蠕变寿命预测.结果表明:叶片寿命为13 114次工作循环,叶片进气面根部的寿命最小,应为涡轮叶片检查和维修的重点部位.     

叶片疲劳寿命神经网络近似计算模型数值实验

借助结构近似分析,建立叶片疲劳寿命神经网络近似计算模型,近似计算风力机叶片疲劳寿命性能.进一步通过风力机叶片疲劳寿命神经网络近似计算模型的数值实验,得到学习样本数、神经网络隐含层节点数、学习精度对风力机叶片疲劳寿命近似计算结果的影响关系,以提高风力机叶片疲劳寿命值近似计算的准确率.基于神经网络的风力机叶片疲劳寿命近似计算方法,为风力机叶片疲劳寿命性能计算提供新的计算手段.     

汽轮机叶片疲劳寿命预测方法的研究

为了提高汽轮机叶片的可靠性，预防电厂中汽轮机叶片疲劳断裂的发生，首先提出了叶片应力和动态特性的数值分析方法，然后基于动态应力分析结果，考虑了影响汽轮机叶片失效的各种因素，引入Neuber准则和雨流计数法，建立了汽轮机叶片的疲劳寿命预测模型，并分析了一个5片成组的851mm叶片疲劳寿命状况。结果表明：提出的汽轮机叶片动态应力三维有限元分析模型具有良好的工程精度，叶片疲劳寿命预测可以定量地分析影响叶片安全运行的各种因素和叶片的疲劳寿命，为现实中叶片的设计制造及汽轮机运行提供了参考。     

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...     

基于Workbench防冲刺短节疲劳寿命分析

在井控作业中,高速、高压流体冲击防冲刺短节,产生脉动循环冲击载荷,易产生冲击疲劳.通过疲劳寿命理论计算得出防冲蚀短节满足疲劳强度要求.然后,根据材料的S-N曲线,通过ANSYS Workbench多物理场耦合分析平台完成对防冲刺短节流固耦合分析,得到作用于防冲刺短节的载荷谱.利用Ncode DsignLife疲劳分析方法对防冲刺短节进行疲劳寿命数值模拟,采用疲劳安全系数作为疲劳强度失效评价标准,得到防冲刺短节关键区域安全系数均大于1,满足其疲劳强度设计要求,且安全系数云图与应力云图分布位置相同,说明数模结果具有一定指导意义.     

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.     

激光冲击表面处理及疲劳性能有限元分析

表面微晶化是提高材料疲劳寿命的主要方法之一。钛合金金属构件抗疲劳处理为应用背景,研究了TC4钛合金激光冲击表面微晶化处理方法,有限元分析其表面组织和疲劳寿命。结果表明:激光冲击处理后,在材料表面形成了一层厚度约为10μm的细晶组织,材料疲劳寿命提高9—10倍,疲劳断裂开裂源的位置为激光冲击难于冲击到的边角地区和应力集中区域。     

疲劳剩余寿命分布的当量关系及可靠性计算方法

通过大量试验分析了两级载荷作用下疲劳寿命分布参数的变化规律,研究了非恒幅循环载荷下的疲劳强度可靠性问题的特点及计算方法,通过对疲劳过程中剩余寿命分布规律的分析和研究,针对程序载荷作用下疲劳过程的物理本质,提出了一个以载荷循环数一疲劳寿命干涉模型为基础,以“损伤等效原则”计算不同载荷水平之间的当量循环次数,并充分考虑不同载荷历史下剩余寿命分布参数的变化的疲劳可靠性计算方法。     

TC4激光冲击表面处理及疲劳性能分析

表面微晶化是提高材料疲劳寿命的主要方法之一,本文钛合金金属构件抗疲劳处理为应用背景,研究了TC4钛合金激光冲击表面微晶化处理方法,试验分析其表面组织和疲劳寿命。结果表明：激光冲击处理后,在材料表面形成了一层厚度约为10μm的细晶组织,材料疲劳寿命提高9-10倍,疲劳断裂开裂源的位置为激光冲击难于冲击到的边角地区和应力集中区域。     

基于热固振耦合的某附件壳体蠕变-热疲劳寿命预测方法

提出一种基于热固振耦合的某附件壳体蠕变 热疲劳寿命预测方法,主要是基于ANSYS Fluent模块进行流固热耦合,仿真结果得到的附件壳体温度场分布并通过实测数据进行结果验证,再通过温度场数据传递途径结合ANSYS Workbench模块进行附件壳体热固振耦合仿真得到壳体应力应变场,然后基于线性累计损伤理论耦合附件壳体蠕变持久寿命和热疲劳寿命,最终得到其蠕变 热疲劳寿命预测结果。针对附件壳体,一方面对比分析了单纯热疲劳寿命（41 063个循环寿命）与蠕变 热疲劳（39 054个循环寿命）,通过结果得知航空发动机附件系统高热环境下蠕变作用对附件壳体热疲劳寿命是存在显著影响的;另一方面对比分析了基于稳态温度场的蠕变 热疲劳（23 334个循环寿命）与基于瞬态温度场（考虑温变速率）的蠕变 热疲劳（24 545个循环寿命）,结果表明温变速率在一定程度上影响航空发动机附件系统结构的蠕变 热疲劳寿命。     

单轴冲击冻结砂岩损伤机理

为研究单轴循环冲击下冻结砂岩宏观动力学特性和损伤机理,采用分离式霍普金森压杆对不同冻结温度饱水砂岩开展单轴循环冲击试验,以动力学参数构建损伤变量分析冻结砂岩损伤演化规律,提出循环冲击作用下疲劳寿命预测公式。结果表明饱水砂岩最大累计循环冲击次数随入射波应力幅值增大而减少,随温度的降低而增加。在入射波应力幅值区间(22～28 MPa)存在动态参数和损伤变化拐点,冲击荷载小于拐点值时试样动弹性模量先增大后减小,呈现负损伤;大于拐点值时动弹性模量则逐渐减小,损伤累积引起总体损伤度逐渐增大。相同冲击荷载下,不同温度砂岩的损伤演化规律不同,由损伤度曲线斜率可知温度越低,损伤演化越缓慢。结合微观机理分析,0～-5℃时冰晶体的胶结力显著提高冻结砂岩强度,-5～-10℃时水冰相变产生的微裂纹导致损伤特征开始显现。总结建立了冻结砂岩在循环冲击作用下疲劳寿命预测公式,对冻结凿井爆破施工设计中围岩损伤范围和冻结壁稳定性分析具有指导意义。     

疲劳剩余寿合分布的当量关系及可靠性计算方法

通过大量试验分析了两级载荷作用下疲劳寿命分布参数的变化规律，研究了非恒幅循环载荷下的疲劳强度可靠性问题的特点及计算方法。通过对疲劳过程中剩 余寿命分布规律的分析和研究，针对程序载荷作用下疲劳过程的物理本质，提出了一个以载荷循环数－疲劳寿命干涉模型为基础，以“损伤等效原则”计算不同载荷水平之间的当量循环次数，并充分考虑不同载荷历史下剩余寿命分布参数的变化的疲劳可靠性计算方法。     

用正电子探测热疲劳模具钢中的缺陷变化

用正电子寿命方法研究３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ模具钢的热疲劳。通过对不同循环次数的热疲劳样品的正电子寿命谱和表面显微硬度的测量，发现表面显微硬度ＨＶ和平均正电子寿命τ随疲劳循环次数Ｎ的变化呈现出类周期振荡特征。讨论了正电子寿命变化所反映出的材料中的缺陷变化，进而初步分析了热疲劳的微观机制。     

无约束层激光冲击薄板的疲劳寿命

探讨激光冲击对无约束层铝合金薄板试样疲劳寿命的影响。结果表明 ,无约束层磷化薄板试样冲击后的疲劳寿命与未磷化未冲击处理的比较 ,寿命提高 62 .8% ;与有约束层经磷化冲击处理的比较 ,寿命也提高51 .2 %。说明在本试验条件下 ,激光冲击处理用于提高材料疲劳寿命 ,无需在冲击部位表面覆盖约束层     

基于等效应变的轮盘低循环疲劳寿命预测

针对轮盘低循环疲劳载荷非对称及其主要寿命区限,提出一种简化的等效应变寿命预测模型,对某型发动机高压压气机I级盘进行了低循环疲劳寿命预测。补充了1Cr11Ni2W2MoV材料轴向应变控制的低循环疲劳试样试验,设计了高压压气机I级盘低循环疲劳试验件,在旋转试验器上进行了轮盘的低循环疲劳试验,得到3个盘的平均低循环疲劳试验寿命为4 280个试验循环。通过与试验寿命的比较,等效应变寿命预测误差为41.8％,Manson-Coffin预测误差为99.2％。结果表明:简化的等效应变寿命预测方法是有效的,而且对试验盘的寿命预测精度比Manson-Coffin预测模型高。     

Q345钢对接接头低周疲劳性能试验研究

采用等幅轴向低周疲劳试验,通过疲劳寿命、循环应力-应变响应特征及应力-应变滞回曲线等指标研究了Q345钢对接接头的疲劳性能,观察了疲劳断口宏观特征,并在试验研究和有限元分析的基础上,建立了该焊缝材料的疲劳寿命预测公式.结果表明:焊缝材料初始阶段表现为明显循环硬化现象,后期为轻微循环软化,总体上提高了材料的强度及疲劳性能;随着轴向位移的增加,应力幅增大,循环硬化率线性减小;滞回曲线光滑、饱满,材料耗能能力稳定;疲劳断口可明显划分为裂纹源区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区,为典型疲劳破坏断口.得到的疲劳寿命预测公式对实际工程中Q345钢结构的疲劳分析和寿命预测具有重要意义.     

基于症状的风机复合材料叶片疲劳可靠度及维护策略优化

针对风力发电机复合材料叶片疲劳问题,基于复合材料疲劳REIFSNIDER模型推导疲劳裂缝长度扩展公式;以疲劳裂缝长度为症状指标,结合WEIBULL症状寿命模型,提出基于症状的风机复合材料叶片疲劳可靠度分析和剩余使用寿命预测方法。考虑检测和修复措施对叶片失效概率和症状可靠度的影响,采用贝叶斯方法予以修正,提出以全寿命周期维护成本为优化目标的复合材料叶片疲劳维护策略优化方法。研究结果表明:检测、修复等维护措施可有效降低叶片失效风险水平,增加症状可靠度水平;采用"检测+修复"综合维护措施比单一采用检测或修复维护措施更有效。