鎳基單晶合金的裂紋擴(kuò)展研究.pdf

1、鎳基單晶合金因其優(yōu)秀的高溫性能廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片。渦輪機(jī)工作時(shí),渦輪葉片反復(fù)承受著高溫高壓氣體的沖刷,以及發(fā)動(dòng)機(jī)開啟、停止時(shí)葉片周圍環(huán)境溫度的大范圍變化而導(dǎo)致的熱應(yīng)力,這些極端惡劣的循環(huán)載荷導(dǎo)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(kuò)展速率,對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃汽輪機(jī)葉片安全設(shè)計(jì)和可靠性評(píng)估具有重要意義。
　　本文采用內(nèi)聚力模型研究鎳基單晶合金的裂紋擴(kuò)展行為。鎳基單晶的本構(gòu)行為用晶體

2、塑性理論來(lái)描述,裂紋的啟裂和擴(kuò)展用內(nèi)聚力模型來(lái)模擬,裂紋可能擴(kuò)展路徑的模擬通過(guò)在有限元網(wǎng)格間的公共界面上布置內(nèi)聚力(Cohesive)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文主要的工作有:
　　首先,提出了基于內(nèi)聚力模型的單晶斷裂啟裂及擴(kuò)展分析的跨平臺(tái)(ANSYS和ABAQUS平臺(tái))有限元建模方法。該方法通過(guò)編寫APDL實(shí)現(xiàn)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(dǎo)入ABAQUS中進(jìn)行計(jì)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(kuò)展行為。通過(guò)考察裂尖區(qū)域分剪切應(yīng)力、Mises應(yīng)力、滑移面正應(yīng)力等分布,以及裂尖附近滑移系開動(dòng)規(guī)律,根據(jù)應(yīng)變能密度準(zhǔn)則分析了裂紋啟裂和擴(kuò)展的內(nèi)部機(jī)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(shì)。
　　最后,基于內(nèi)聚力模型,研究了鎳基單晶合金二維CT試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展行為。通過(guò)分析不同的晶體取向、應(yīng)力比、加載頻率等因素對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響,探討了鎳基單晶合金的疲勞破壞機(jī)