钛合金缺口试样拉伸破坏载荷预测.pdf

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1、第46卷第4期2014年8月南京航空航天大学JournalofNanjingUniversityofAeronautics报strOnautlcs钛合金缺口试样拉伸破坏载荷预测宋迎东胡绪腾刘华翔(南京航空航天大学能源与动力学院，南京，210016)V01．46NO．4Aug．2014摘要：针对航空发动机轮盘常用钛合金材料，开展了常温和高温下光滑和缺口试样的拉伸变形和断裂行为试验研究，建立了其大变形本构模型。基于该本构模型，利用大变形有限元分析，计算获得缺口试样的栽荷一位移曲线。将该曲线最高点对应的载荷确定为试样的拉伸破坏载荷，并与试验进行对比。结果表明理论预测与试验吻合较好，从而验证了所

2、提出的拉伸破坏载荷预测方法的有效性。关键词：轮盘；钛合金；拉伸破坏；破坏载荷中图分类号：V231．91；THll4文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)04—0487—07PredictionofBrokenLoadforNotchedSpecimenofTitaniumAlloySongYingdong，HuXuteng，LiuHuaxiang(CollegeofEnergyandIPowerEngineering，NanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Thet

3、ensiledeformation到ndfracturebehaviortestsunderbothroomandhightemperatureareconductedonnotchedspecimensoftitaniumalloyusedcommonlyinaeroenginedisc．Thenalargede—formationconstitutivemodelisestablished．Basedontheconstitutivemodel，load—displacementcurvesofnotchedspecimensareobtainedbylargedeformation

4、finiteelementanalysis．Thetensilebrokenloadisdefinedasthevalueatthehighestpointofload—displacementcurve．Thepredictedtensilebrokenloadsarecomparedwiththetests，andthetheoreticalpredictedvaluesareingoodagreementwithexperimen—talones．Theresultsshowthattheproposedmethodforpredictingtensilebrokenloadisv

5、alid．Keywords：disc；titaniumalloy；tensilebroken；brokenload航空发动机在加速过程中的转速瞬间超过、燃油调节器失灵或主轴断裂等故障，均可能导致轮盘超转破裂，而轮盘一旦破裂，非包容率极高，将产生灾难性的后果。因此，在航空发动机的设计中，轮盘是重要的断裂关键件，其破裂转速的预测是强度设计中必不可少的环节[1屯]。迄今，国内外提出了多种破裂转速的预测方法，但还远远不能满足航空发动机推重比不断提高对先进强度设计方法的需求，而轮盘材料的大变形和破坏行为的研究是破裂转速预测的基础[3。]。TCll钛合金是一种综合性能良好的a佃型热强钛合金，该合金在

6、500℃以下有优异的热强性能，是航空涡轮发动机压气机盘的重要材料之一Is]。本文针对TCll材料，开展其常温和高温下拉伸变形和断裂行为的试验，建立了其大变形本构模型；提出利用大变形有限元分析计算获得试样的拉伸破坏载荷的方法，并开展试验验证，为发展钛合金轮盘破裂准则奠定基础。1TCII合金常温和高温下的变形试验1．1拉伸应力应变曲线拉伸试验在MTS一809试验系统上完成，如图基金项目：江苏省产学研联合创新基金(BY2014003—17)资助项目。收稿日期：2014—07—01；修订日期：2014—07—30作者简介：宋迎东，男，1969年3月生，教授，博士生导师；主要研究方向：航空发动机结

7、构强度，复合材料结构破坏理论与分析方法。通信作者：宋迎东，E—mail：ydsong@nuaa．edu．cn。学A&488南京航空航天大学学报第46卷1所示。图1MTS-809试验系统Fig．1MTS-809testsystem基于金属材料室温拉伸试验标准，并考虑MTS-809试验机的技术参数，设计了TCll合金的室温和高温光滑圆棒拉伸试样，试样尺寸见图2。(a)室温(b)高温图2TCll合金拉伸试样尺寸(单位：mm)Fig．2Di