变幅载荷对高温合金裂纹萌生及扩展寿命的影响

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1、第42卷第4期2016年8月航空发动机AeroengineV01．42No．4Aug．2016变幅载荷对高温合金裂纹萌生及扩展寿命的影响初金阳13，申秀丽u，毛建兴1，胡殿印u，王荣桥12(1．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191；2．先进航空发动机协同创新中心，北京100191；3．中航工业商用发动机有限责任公司，上海200241)摘要：为了更好地分析航空发动机用高温合金裂纹萌生阶段的变幅载荷对高温材料的低周疲劳裂纹萌生及扩展寿命的影响，将低周疲劳的裂纹萌生过程视作损伤累积过程，基于连续损伤力学建立了低周疲劳损伤累积模型。

2、结合室温下GQGH4169合金的裂纹扩展试验数据，通过有限元建模计算和数值分析方法确定了模型中具体的损伤参数数值，并对裂纹萌生寿命进行了预测。结果表明：该方法不但能准确地预测变幅加载下CT试样的裂纹萌生寿命，而且能很好地反映萌生阶段变幅载荷对裂纹扩展寿命的影响，而且降低了试验成本。关键词：变幅载荷；裂纹萌生；裂纹扩展；连续损伤力学；高温合金；iS周疲劳；航空发动机中图分类号：V232．3文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2016．04．014EffectofCrackInitiationandPro

3、pagationLifeofHighTemperatureAlloyunderVariableAmplitudeCHUJin—yan91，SHENXiu—li”，MAOJian—xin91，HUDian—yin”，WANGRong—qia01。(1．SchoolofEnergyandPowerEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China；2．CollaborationlnnovadonCenterofAdvancedAero—engine，Beijing100191，China；3．AV

4、ICCommercialAircraKEngineCo．，Ltd．，Shanghai200241，China)Abstract：Thelowcyclefatiguecrackinitiationlifewasregardedasaprocessofdamageaccumulation，basedonthecontinuumdamagemechanics，adamageaccumulationmodelwasestablishedtoanalyzetheinfluenceofvariableamplitudeatthecrackinitiat

5、ionstageofhightemperaturealloysonthelowcyclefatiguecrackinitiationandpropagationlifeofhightemperaturematerials．WiththecrackpropagationparametersofGQGH4169alloyatnormaltemperature，thespecificvalueofdamageparameterwasdeterminedbyfiniteelementandnumericalanalysismethod．Then，c

6、rackinitiationlifepredictionswerecarriedout．TheresuhsshowthattheapproachcannotonlypredictthecrackinitiationlifeofCTspecimenaccurately．butalsoreflectadefiniteinfluenceofcrackpropagationlifeundervariableamplitude，andtheapplicationreducesthecost．Keywords：variableamplitude；cra

7、ckinitiation；crackpropagation；continuumdamagemechanics；hightemperaturealloy；low—cyclefatigue；aemengine0引言低周疲劳一直是航空航天领域的一大难题，其主要表现形式为长裂纹扩展引起的结构件断裂。材料的疲劳寿命一般由裂纹的萌生寿命和裂纹扩展寿命组成【l】。对于航空发动机等受力情况复杂的构件，裂纹在萌生及扩展阶段都受到变幅载荷的影响。通过试验可知，不同受力情况下萌生的裂纹在扩展阶段的扩展速率差异明显，影响材料的整体低周疲劳寿命。因此，分析裂纹萌生阶

8、段变幅载荷对裂纹萌生寿命及扩展寿命的影响是非常有必要的。目前大量使用的高温合金主要是铁基、镍基和钻基高温合金㈣。由于GH4169合金在650oC以下有塑性好、屈服强度高、高温抗氧