高温低周疲劳-蠕变的改进型广义应变能损伤函数方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug．252011V01．32No．81445—1452ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)08—1445-08高温低周疲劳一蠕变的改进型广义应变能损伤函数方法朱顺鹏1，黄洪钟1’*，何俐萍1，侯敏杰2，周乐旺21．电子科技大学机械电子工程学院，四川成都6117312．中国燃气涡轮研究院，四川成都610500摘要：通过对广义应变能损伤甬数(GSEDF)法进行分析，用非弹性应变能表征低

2、周疲劳(LCF)损伤，提出了一种高温低周疲劳一蠕变(LCF-C)寿命预测的改进型GSEDF模型，修正了GSEDF法中的能量参数，使其与工程实际更吻合。所提出的模型具有模型参数少、适用性广和试验数据利用率高等优点，且能综合反映加载方式、保载时间和平均应力的影响。最后，应用该模型对文献试验数据和轮盘用GH4133高温合金在不同温度和应变比(应力比)下的疲劳一蠕变寿命进行了预测，预测结果与实测结果吻合较好，精度明显优于GSEDF模型、SWT模型、应变能频率修正法和塑性应变能密度法。关键词：疲劳；蠕变；应变能；寿命预测；高温；能量耗损中图分类号：V231．95；0346．2文献标识码：A工程中高

3、温部件(如燃汽轮机和航空发动机热端部件)的疲劳破坏规律和寿命预测一直是工程界和学术界关心的问题，这主要是因为其材料的高温力学性质及其影响因素比较复杂，而高温条件下的疲劳问题又多与蠕变一疲劳交互作用以及环境条件有关n’3]。这些部件常服役于高温、高压环境下，所承受的载荷复杂，不仅因反复起动一停车的瞬态载荷循环引起疲劳损伤，而且由于长期在一定稳态温度下工作，也会发生与时间相关的蠕变损伤。这些部件一旦发生破坏性故障将导致灾难性后果，因此要求其具有较高的工作可靠性。由于其工作温度较高，当循环频率较低时，即使在连续变动应力(无荷载保持时间)作用下也会发生蠕变。因此，低周疲劳一蠕变(LCF-C)失效

4、已成为高温部件最主要的失效形式之一。在对这类高温构件进行耐久性分析时，准确地进行寿命预测对其合理选材、可靠性设计以及安全评估都具有重大意义，其中高温低周疲劳一蠕变寿命预测方法的研究尤为重要。分析高温低周疲劳问题时必然涉及蠕变的作用，广义上讲，高温低周疲劳问题就是疲劳一蠕变问题[1]。高温部件(如航空发动机涡轮盘)的低周疲劳一蠕变寿命往往是影响和限制整机装备使用寿命的主要因素[2]。因此，研究其高温下材料的低周疲劳一蠕变性能是高温结构设计的关键环节，直接影响到装备技术寿命确定的可靠性。实际高温部件的低周疲劳一蠕变试验具有难度大、周期长、试验经费耗资多等特点，而其材料的高温低周疲劳性能对其服

5、役寿命预估是必须有的一项性能数据。在能够满足耐高温材料工作条件的前提下，如何基于有限的试验数据较好地预估其寿命是进行高温低周疲劳一蠕变寿命预测研究的关键课题。收稿日期：2010-08-30；退修日期：2010-10-09；录用日期：2011．03．28；网络出版时间：2011．05．09’1：52：55网络出版地址：WWWcnki，net／kcms／detail／11．1929．V．20110509．1152．002．№IDoI：CNKI：1I-1929／V．20110509．1152．002基金项目：国家自然科学基金(51075061)*通讯作者．Tel．：028-61830248E—

6、mail：hzhuang@uestc．e山．CN戮用耱武

7、来粳鹨．黄洪钟．侮饷萍．等．高温低周疲劳-蠕变的改进型广义应囊能损伤函鼓方法CJ]．航空学报．2011．32(8)：1445-1452．ZhuShunpeng，HuangHongzhong，HeLiping，etal．Improvedgeneralizedstrainenergydamagefunctionmethodforhightemperaturelowcyclefatigue-creepLJj．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，20"，32(8)：1445-1452．航空学报Aug．2

8、52011V01．32No．8目前，很多学者提出了相应的疲劳寿命预测模型[31引，这些模型主要是将疲劳寿命与应力、应变或应变能密度等参量联系在一起得到的，诸如寿命一时间分数法[1]、应变能频率修正法(SEFS)[3]、塑性应变能密度(PSED)法[4]、Man-son-Coffin方程等方法均不能准确反映加载方式的影响；而损伤率模型‘“、延性耗竭‘63等模型均未考虑平均应力或应变对寿命的影响，且上述模型中含有较多试验待定参数，从而限