鎳基單晶合金的裂紋擴展研究.pdf

1、鎳基單晶合金因其優(yōu)秀的高溫性能廣泛應用于航空發(fā)動機和燃氣輪機的渦輪葉片。渦輪機工作時,渦輪葉片反復承受著高溫高壓氣體的沖刷,以及發(fā)動機開啟、停止時葉片周圍環(huán)境溫度的大范圍變化而導致的熱應力,這些極端惡劣的循環(huán)載荷導致渦輪葉片頻繁發(fā)生低周疲勞破壞。研究鎳基單晶合金的斷裂行為以及疲勞裂紋擴展速率,對航空發(fā)動機和燃汽輪機葉片安全設計和可靠性評估具有重要意義。
　　本文采用內聚力模型研究鎳基單晶合金的裂紋擴展行為。鎳基單晶的本構行為用晶體

2、塑性理論來描述,裂紋的啟裂和擴展用內聚力模型來模擬,裂紋可能擴展路徑的模擬通過在有限元網格間的公共界面上布置內聚力(Cohesive)單元來實現。本文主要的工作有:
　　首先,提出了基于內聚力模型的單晶斷裂啟裂及擴展分析的跨平臺(ANSYS和ABAQUS平臺)有限元建模方法。該方法通過編寫APDL實現初始模型的建立、模型打散、Cohesive單元形成以及組件定義等前處理流程,再導入ABAQUS中進行計算和后處理。
　　其次,

3、研究了鎳基單晶合金三維緊湊拉伸試樣(CT)I型裂紋的擴展行為。通過考察裂尖區(qū)域分剪切應力、Mises應力、滑移面正應力等分布,以及裂尖附近滑移系開動規(guī)律,根據應變能密度準則分析了裂紋啟裂和擴展的內部機制,著重討論了裂尖前緣沿厚度方向上各物理量的變化趨勢。
　　最后,基于內聚力模型,研究了鎳基單晶合金二維CT試樣的疲勞裂紋擴展行為。通過分析不同的晶體取向、應力比、加載頻率等因素對疲勞裂紋擴展速率的影響,探討了鎳基單晶合金的疲勞破壞機