輪盤低循環(huán)疲勞壽命預測模型和試驗評估方法研究.pdf

1、航空發(fā)動機輪盤的失效和破裂往往會導致災難性的后果，因此輪盤被列為發(fā)動機的耐久性關鍵件和斷裂關鍵件。低循環(huán)疲勞是輪盤最主要的失效模式。隨著航空發(fā)動機性能和推重比的日益提高，輪盤承受著更高的應力和溫度載荷，同時，也要求更高的工作可靠性。這對輪盤低循環(huán)疲勞壽命預測和試驗評估的準確性提出了新的挑戰(zhàn)。目前，美、英、法、俄等航空大國已經建立了比較完善的輪盤低循環(huán)疲勞壽命預測和試驗評估體系。國內在該領域的研究還有較大差距?？梢姡_展輪盤低循環(huán)疲勞壽命

2、預測模型和試驗評估方法研究具有重要的理論意義和工程應用價值。 本文從理論、試驗和工程應用等方面對輪盤低循環(huán)疲勞壽命預測模型和試驗評估方法進行了深入而系統地研究。 第一部分，輪盤低循環(huán)疲勞壽命預測模型和方法的研究和改進，包括第二章、第四章至第六章。首先，簡要評述了輪盤低循環(huán)疲勞的特點、幾種安全壽命預測模型及其影響因素。其次，針對輪盤低循環(huán)疲勞載荷非對稱及其主要壽命區(qū)限，提出了一種改進的Walker應變壽命預測模型。再次

3、，系統地推導了考慮危險部位數目對輪盤疲勞壽命影響的修正公式。最后，應用改進后的預測模型和多危險部位修正公式，計算了某渦輪盤的低循環(huán)疲勞壽命。結果表明，本文提出的壽命預測模型和修正公式簡單、實用，預測精度高于其它常用的預測模型和方法。 第二部分，輪盤及其材料低循環(huán)疲勞試驗研究，涉及第三章至第四章。首先，設計和加工了某渦輪盤高溫低循環(huán)疲勞試驗件，在立式輪盤低循環(huán)疲勞試驗器上成功地完成了該全尺寸渦輪盤高溫低循環(huán)疲勞試驗，通過裂紋斷口

4、分析獲得了該渦輪盤的裂紋萌生壽命和裂紋擴展壽命。其次，補充測試了GH4133材料在250℃下，應變比分別為－1和0.44時，軸向應變控制的低循環(huán)疲勞性能。這些試驗工作，也為研究輪盤低循環(huán)疲勞壽命預測模型和方法提供了驗證平臺。 第三部分，輪盤小子樣試驗壽命可靠性評估方法研究，即論文的第七章。首先，根據次序統計量理論，系統地推導并給出了基于對數正態(tài)分布和雙參數威布爾分布的疲勞壽命分散系數計算公式；由這些公式計算得到的分散系數與英國

5、國防標準00－971和美國軍用標準JSGS -87231A基本吻合，這表明這些計算公式是合理的。其次，基于擬合優(yōu)度檢驗和失效率函數，研究了兩種國產輪盤材料的低循環(huán)疲勞壽命分布規(guī)律。結果表明，形狀參數大于1的三參數威布爾分布函數是建立國產輪盤材料GH4133和1Cr11Ni2W2MoV疲勞壽命分布的理想數學模型；對數正態(tài)分布假設一般可用于較低壽命階段的輪盤材料疲勞壽命可靠性評估；雙參數威布爾分布用作國產輪盤材料疲勞壽命分布模型時必須進行假