镍基单晶合金叶片疲劳寿命预测方法研究

《镍基单晶合金叶片疲劳寿命预测方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第40卷第3期航空发动机V01．40No．3丝!兰兰!星———=兰竺兰塑兰————————————兰坚些镍基单晶合金叶片疲劳寿命预测方法研究潘冬也，杨晓光2，胡晓安2，石多奇2(1。中航3NI,燃气涡轮研究院，成都610500；2．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191)摘要：研究了3种针对镍基单晶合金各向异性低循环疲劳寿命建模的方法，分别为基于单晶合金弹性模量与晶体取向相关性的方法，与各向异性屈服函数相关的方法和传统滑移系的方法。对基于屈服函数的方法进行了修正以将其应用于单晶合金。利用

2、公开文献中DD3单晶合金的低循环疲劳数据对修正的模型进行了验证，并对采用这3种方法得到的数据进行了比较。结果表明：修正的疲劳寿命模型和基于取向函数的寿命模型的预测结果与试验数据相比基本落在3倍分散带内，而采用基于滑移系的方法所得结果在4倍分散带内。基于屈服函数的修正模型和另外2种模型均可以较好地与3维有限元应力分析直接衔接，便于涡轮叶片结构级的寿命预测。关键词：镍基单晶合金；寿命预测；疲劳；各向异性；叶片；涡轮中图分类号：V231．95文献标识码：Adoi：10．13477匀．cnki．aeroeng

3、ine．2014．03．009FatigueLifePredictionMethodofNickel-basedSingleCrystalBladePANDo,瞎12，YANGXiao一目】aIlg2，HUXjao—an2，SHIDuo—qiz(1．AVICGasTurbineEstablishment，Chengdu610500，China；2．SchoolofJetPropulsion，Beil=ngUniversity，Beijing100191，China)Abstract：Throekind

4、smethodsofanisotropiclowcyclefatiguelifeforNickel-basedsinglecrystalfatiguewelrestudied，includingthemethodbasedonelasticmodulusofsinglecrystalandcrystalorientationrelativity，theanisotropicyieldfunctionmethod，andthetraditionalslipsystemmethod．Theyieldfun

5、ctionmethod惴modifiedtobeapphodtosinglecrystal．ThecorrectionmodelswerevalidatedbylowcyclefatiguedataofDD3，andthedataWascontrastedbytheemethods．Theresultsshowthatthepredictedlivesofcorrectionfatiguemodelsandbasedontheorientationfunctionmodelsareagreewitht

6、heexperimentallivesincoefficientofscatterbeingthree，andthepredictedlivesofthebasedonslipsystemmodelsareincoefficientofscatterbeingfour．Thecorrectionmodelbasedontheyieldfunctionandothertwomodelsconnectwiththreedimensionalfiniteelementstressanalysisresult

7、welltopredictturbinebladeslifeeasily．Keywords：nickel-basedsinglecrystal；lifeprediction；fatigue；anisotropy；blade；turbine0引言镍基单晶高温合金已经广泛应用于涡轮叶片上【11。由于消除了晶界，使其热、疲劳和蠕变性能得到了显著提高【2】。但材料的各向异性特征给强度和寿命评估带来了挑战；基于各向同性的强度理论和寿命模型不足以给出符合工程精度的预测结果131。且由于实际叶片处于多轴应力状态下，

8、发展既能考虑各向异性，又能处理多轴应力的寿命模型对于单晶叶片的设计具有十分重要的现实意义。针对单晶合金叶片高温低周疲劳损伤研究，IjSXm和石多奇等[5-61通过对各向同性材料的宏观唯象疲劳寿命模型进行扩展，构造1个取向函数来考虑材料的各向异性的影响；Swansod7】和岳珠峰等M基于材料细观塑性理论，研究材料特定滑移系的塑性滑移规律，建立晶体滑移疲劳寿命模型；Roland等【101通过对应力一寿命法进行扩展，构建基于Hill屈服函数的等效应力考虑定向凝