基于微觀單細胞模型的鎳基單晶合金低周疲勞壽命灰色預測.pdf

1、鎳基單晶高溫合金具有優(yōu)良的高溫疲勞、蠕變性能,已被廣泛用于制造航空發(fā)動機渦輪葉片。由于發(fā)動機頻繁啟動、停機產(chǎn)生交變載荷作用,低周疲勞損傷是影響渦輪葉片壽命的主要因素之一。研究鎳基單晶高溫合金低周疲勞破壞機理及壽命預測方法,一直是國內(nèi)外學者關(guān)注的熱點和難點問題。本文以DD3鎳基單晶合金材料為研究對象,采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗驗證相結(jié)合的方法,對鎳基單晶合金的彈塑性力學行為和高溫低周疲勞性能進行深入研究,在建立鎳基單晶合金微觀單胞模型的

2、基礎(chǔ)上,通過灰色關(guān)聯(lián)分析確定影響低周疲勞壽命的主要因素,并建立灰色 GM(1,N)預測模型,研究提高鎳基單晶合金低周疲勞壽命預測精度的方法。論文的主要研究工作如下:
　　1、基于鎳基單晶合金微觀結(jié)構(gòu)特征建立微觀單胞有限元模型,并進行單軸拉伸熱彈-塑性數(shù)值模擬,結(jié)果顯示基體與沉淀相的交界面處于復雜應力狀態(tài),沉淀相的屈服強度高于基體相,疲勞損傷最先從基體相的屈服開始,沉淀相作為增強相提高了宏觀單晶合金材料的強度,按復合材料混合物定律計

3、算公式得到的平均應力與單軸拉伸試驗應力值基本吻合,驗證了單胞有限元模型建立的合理性。
　　2、進行DD3鎳基單晶合金薄壁圓筒試樣680℃高溫多軸低周疲勞試驗,分別對宏/微觀有限元模型進行了(拉-壓、拉-扭)循環(huán)加載熱-彈塑性應力應變數(shù)值模擬,并與試驗結(jié)果進行比較,結(jié)果表明微觀單胞模型有限元模擬結(jié)果更接近于試驗結(jié)果。
　　3、基于灰色關(guān)聯(lián)分析方法,利用鎳基單晶合金的低周疲勞試驗數(shù)據(jù),對疲勞壽命影響因素進行了關(guān)聯(lián)性分析,確定了影

4、響疲勞壽命的主要因素。
　　4、基于微觀單胞模型,運用灰色理論,建立了灰色GM(1,N)壽命預測模型,采用DD3鎳基單晶合金單軸/多軸低周疲勞試驗數(shù)據(jù)對所建立灰色模型進行驗證。對預測值進行了殘差檢驗,平均誤差均在10％以內(nèi),幾乎所有單軸和多軸疲勞試驗數(shù)據(jù)分別落在2.6、2.3倍偏差分布帶內(nèi),表明基于灰色理論建立的單晶合金低周疲勞GM(1，N)壽命預測模型預測精度較高,可用于鎳基單晶合金低周疲勞壽命預測,為鎳基單晶合金的疲勞壽命預測