DD3鎳基單晶合金軸非比例加載低周疲勞研究.pdf

1、鎳基單晶合金具有良好的高溫抗疲勞和蠕變性能,是制造航空渦輪發(fā)動機葉片的重要材料。航空發(fā)動機渦輪葉片工作在高溫、高壓和高轉速的環(huán)境中,受到反復的疲勞載荷作用時,疲勞斷裂是引起葉片失效的主要原因之一。因此進行鎳基單晶合金在多軸載荷作用下的低周疲勞研究,建立合適的疲勞壽命預測模型,對航空發(fā)動機葉片的疲勞強度設計具有理論指導意義和應用價值。
　　本文的主要研究工作如下:
　　一、基于正交實驗設計方法,在國內首次進行了[001]取向的

2、DD3鎳基單晶合金薄壁圓管試樣在680℃和850℃溫度下的拉/扭非比例循環(huán)加載低周疲勞試驗,研究等效應變范圍、應變路徑角、拉/扭載荷相位角、循環(huán)特性和溫度諸因素對鎳基單晶合金多軸低周疲勞壽命的影響作用。
　　二、結合鎳基單晶合金微觀結構特征,建立了γ/γ’兩相單胞微觀尺度力學模型,根據(jù)疲勞試驗參數(shù),分別對鎳基單晶合金薄壁圓管宏觀試樣和γ/γ’兩相單胞微觀模型進行多軸非比例循環(huán)加載有限元數(shù)值模擬。結果表明:單胞模型基體的最大等效應力

3、范圍和最大等效應變范圍出現(xiàn)在基體相尖角上;沉淀相的最大等效應變范圍和最大等效應力范圍出現(xiàn)在γ/γ’兩相交接面圓角過渡處,且基于微觀單胞模型有限元分析所得到的計算結果與試驗值更接近。
　　三、基于能量耗散理論,引入?yún)⒘縦表征多軸非比例加載對疲勞壽命的影響,構造循環(huán)塑性應變能作為損傷參量,建立鎳基單晶合金低周疲勞壽命預測模型。參量k與循環(huán)壽命之間呈冪函數(shù)關系。分別利用宏觀有限元模型和γ/γ’雙相單胞微觀有限元模型的計算結果,以及鎳基單

4、晶合金680℃和850℃低周疲勞試驗數(shù)據(jù),對疲勞壽命模型進行多元線性回歸分析,結果表明微觀單胞有限元模型的計算精度比宏觀有限元模型顯著提高。
　　四、將菱形應變加載路徑劃分為比例加載段和非比例加載段,提出了表征非比例加載效應的等效應變參量,并引入表征拉/扭應變路徑角對多軸疲勞壽命影響的單晶應力三軸性因子,構造疲勞損傷參量,建立的疲勞壽命回歸模型與試驗壽命具有很好的相關性,所有試驗數(shù)據(jù)都落在2.0倍的偏差分布帶之內。
　　最后