合金材料高低周复合疲劳寿命研究

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1、第29卷第1期航空动力学报Vo1．29N0．12014年1月JournalofAerospacePowerJan．2014文章编号：1000—8055(2014)O1—0074—07doi：10．13224／j．cnki．jasp．2014．O1．010合金材料高低周复合疲劳寿命研究刘红彬。，黄维娜，陈伟(1．南京航空航天大学能源与动力学院南京210016；2．中国航空工业集团公司中国燃气涡轮研究院成都610500)摘要：就外物损伤对钛合金材料(TC4和TC11)高低周复合疲劳寿命的影响进行了试验研究．分别采用摆锤法和空气炮法模

2、拟了叶片外物损伤，对比分析了两类损伤缺口的特征．进行了无损伤试样、损伤试样的疲劳试验，对比分析了外物损伤对钛合金疲劳寿命的影响．结果表明：摆锤冲击试验法模拟的损伤缺乏代表性，空气炮发射弹丸法模拟的损伤更接近真实情况；外物损伤导致钛合金高低周复合疲劳寿命严重下降，空气炮发射弹丸法模拟的损伤使钛合金的疲劳寿命从1O。下降到1O量级．关键词：合金材料；高低周复合疲劳；外物损伤；裂纹萌生；试验中图分类号：V250．2文献标志码：AInvestigationonhighcyclefatigue—lowcyclefatiguelifeofa

3、lloymaterialLIUHong—bin，HUANGWei—na，CHENWei(1．CollegeofEnergyandPowerEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China；2．ChinaOasTurbineEstablishment，AviationIndustryCorporationofChina，Chengdu610500，China)Abstract：Theeffectsofhighcyclefati

4、gue—lowfatiguelife(HCF—ICF)ontitaniumal—loy(TC4andTC11)wereresearchedexperimentallywithforeignobjectdamage(FOD)sim—ulationthroughpendulummethodandair——gasgunmethodandthefeaturesofthesetwodif——ferentdamagenotcheswereanalyzedandcompared．Fatiguetestsonnondestructiveandd

5、e—structivespecimenswerefurtherconductedtoanalyzeandcomparetheeffectsofFODonthetitaniumalloyfatiguelife．Theconclusionsshowthat：pendulumimpacttestmethodsimu—lationlacksofrepresentativeness，whileair—gasgunprojectilemethodsimulationismuchclosertothetruth；FODleadstosever

6、edeclineofHCF—LCFlifeoftitaniumalloy，andair—gasgunprojectilemethodsimulationdecreasesthetitaniumalloyfatiguelifefrom10to10orderofmagnitude．Keywords：alloymaterial；highcyclefatigue—lowcyclefatigue(HCF-LCF)；foreignobjectdamage(FOD)；crackinitiation；experiment航空发动机吸入各种尺寸、

7、形状和硬度的异激振等引起的振动应力作用，承受高低周复合疲物，会引起风扇／压气机叶片的外物损伤(foreign劳，研究表明，高低周复合疲劳将会大大降低钢及objectdamage，FOD)．由于航空发动机工作时，合金的寿命．同时在疲劳载荷作用下，FOD缺风扇／压气机叶片受到较高的离心惯性力和尾流口促使裂纹成核并扩展，大大降低了疲劳寿命，可收稿日期：2012—11-30作者简介：刘红彬(1977)，男，四川资阳人，高级工程师，博士生，主要从事航空发动机强度设计与试验研究第1期刘红彬等：合金材料高低周复合疲劳寿命研究能导致叶片的疲劳失

8、效，引发严重的故障或事故．据研究需要，自行设计了用于叶片外物损伤模拟据报道，在航空工业中与FOD相关的费用为数十的摆锤试验系统，如图1所示．整个系统由5部分亿美元．组成，包括：表盘、摆臂、夹头、刀口和夹块．表盘用在FOD的形成方面，研究发现l8]，用弹药枪于控制