基于应力循环特征的裂纹萌生寿命预测方法_魏大盛.pdf

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1、第２７卷第１０期航空动力学报Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．１０２０１２年１０月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒＯｃｔ．２０１２文章编号：１０００－８０５５（２０１２）１０－２３４２－０６基于应力循环特征的裂纹萌生寿命预测方法魏大盛１，王延荣１，王相平２，王洪斌２（１．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京１００１９１；２．中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所，沈阳１１００１５）摘要：以两种镍基高温合金的应力

2、循环特征为基础，即粉末高温合金ＦＧＨ９５的循环硬化继而软化及变形高温合金ＧＨ４１６９的循环软化特性，寻求载荷历程相关的损伤参量，进而建立应力弱化损伤模型，以考虑载荷历程对疲劳寿命的影响．建立的应力弱化损伤模型可以较好地预测不同循环载荷条件下的疲劳寿命，其预测精度不低于传统方法，且优势在于使建立模型所需要的试样数量大大减少．关键词：裂纹萌生；寿命预测；粉末高温合金；循环硬化；循环软化中图分类号：Ｖ２３１．９５；Ｖ２３２．３文献标志码：ＡＬｉｆｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ

3、ｔｉｃｏｆｃｙｃｌｉｃｓｔｒｅｓｓ１，ＷＡＮＧＹａｎ－ｒｏｎｇ１，ＷＡＮＧＸｉａｎｇ－ｐｉｎｇ２，ＷＡＮＧＨｏｎｇ－ｂｉｎ２ＷＥＩＤａ－ｓｈｅｎｇ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＪｅｔＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｅｎｇｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃ

4、ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｙｃｌｉｃｓｔｒｅｓｓｏｆｔｗｏｎｉｃｋｅｌ－ｂａｓｅｄｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ，ｉ．ｅ．，ｔｈｅｃｙｃｌｉｃｓｏｆｔｅｎｉｎｇｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｈａｒｄｅｎｉｎｇｏｆｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ（ＰＭ）ＦＧＨ９５ａｎｄｔｈｅｃｙｃｌｉｃｓｏｆｔｅｎｉｎｇｏｆｃａｓｔＧＨ４１６９，ａｓｔｒｅｓｓ－ｗｅａｋｅｎｄａｍａｇｅｍｏｄｅｌ（ＳＷＤＭ）ｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｌｏａｄｈｉｓｔｏｒｉｅｓｏｎｌｉｖｅｓ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｕｓ

5、ｅｄｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｖｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｙｃｌｉｃｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｏｆｗｈｉｃｈｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｉｓｎｏｔｌｅｓｓｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄｉｔｓｍｏｓｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｄｖａｎｔａｇｅｉｓｔｏｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓａｍｐｌｅｓｆｏｒｌｉｆｅｍｏｄｅｌｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ；ｌｉｆｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ；ｐｏｗｄｅｒ

6、ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ；ｃｙｃｌｉｃｈａｒｄｅｎｉｎｇ；ｃｙｃｌｉｃｓｏｆｔｅｎｉｎｇ疲劳寿命预测问题一直是工程研究领域的一ｅｎｇｉｎｅｈｏｔｓｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｒｏｊｅｃｔ），进行了等个热点和难点，至今尚有许多问题没有得到解决．温条件、热机械条件下的各向同性、各向异性及涂以航空发动机为例，其热端部件的疲劳问题尤为层材料的疲劳试验，并对发展的寿命模型进行了突出，而高温材料的寿命预测则是构件寿命评估验证．目前工程中采用的寿命预测模型大多是基的基础．针对高温合金在疲劳、蠕变以及疲劳蠕变于唯象学方法的

7、，相关损伤参量来自于半寿命循交互作用下的寿命预测，国内外均已开展了大量环时的迟滞环．依据这种思路建立的寿命方程，损研究，特别是１９８０年－１９８７年，美国航空航天局伤参量的选取尚值得商榷．因为循环参量将随着开展的涡轮发动机热端部件计划ＨＯＳＴ（ｔｕｒｂｉｎｅ载荷循环发生变化，例如保载导致的应力松弛、材收稿日期：２０１２－０２－２９网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２２９７．Ｖ．２０１２１０１５．１０２０．２０１２１０．２３４２＿０２５．ｈｔｍｌ基金项目：国家自

8、然科学基金（５１１０５０２３）作者简介：魏大盛（１９７８－），男，黑龙江宁安人，讲师，博士，主要从事航空发动机结构强度、振动研究．第１０期魏大盛等：基于应力循环特征的裂纹萌生寿命预测方法２３４３料的循环硬化／软化都使迟滞环损伤参量发生变劳试验研究，也是本文试验数据的来源．化，这对于寿命产生的影响在传统寿命预测方法中ＦＧＨ９５材料性能较为特殊，除显示出高强［１４－１５］没有得到足够的关注．度低韧性的特