高溫多軸疲勞行為及壽命預(yù)測(cè)研究.pdf

1、服役中的各種航空航天飛行器，壓力容器，核電站以及發(fā)電廠中的一些主要零部件通常承受復(fù)雜的單多軸循環(huán)載荷和高溫氧化蠕變交互作用。系統(tǒng)深入研究高溫多軸疲勞性能和高溫多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，對(duì)預(yù)防災(zāi)難事故的發(fā)生具有重要意義。
　　 本文采用試驗(yàn)與理論結(jié)合的方法，研究渦輪盤材料GH4169鎳基合金的高溫疲勞行為。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合臨界面法提出了適用于多軸疲勞的損傷參量，并進(jìn)行了變幅載荷下的疲勞損傷累積；基于彈塑性有限元分析結(jié)果估算了缺口試

2、樣的疲勞壽命；在多軸疲勞理論基礎(chǔ)上單獨(dú)考慮高溫下氧化蠕變的影響因素，進(jìn)一步提出高溫時(shí)間相關(guān)疲勞的損傷模型。論文的研究內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：
　　 首先，論文對(duì)高溫鎳基合金GH4169進(jìn)行了高溫多軸疲勞試驗(yàn)，分析了高溫多軸加載下應(yīng)力變化，發(fā)現(xiàn)材料在高溫循環(huán)加載下主要表現(xiàn)為循環(huán)軟化；分析了各種路徑下的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)拉扭分量應(yīng)力應(yīng)變遲滯回線形狀與試件的加載路徑密切相關(guān)；宏觀和微觀斷口分析認(rèn)為高溫氧化對(duì)疲勞損傷有一定影響。
　　

3、 根據(jù)微觀分析得到的裂紋擴(kuò)展特點(diǎn)和多軸加載不同平面上的最大剪應(yīng)變和相應(yīng)的法向應(yīng)變變程的變化特點(diǎn)，建立以最大剪應(yīng)變幅和相應(yīng)的較大正應(yīng)變變程為基本參數(shù)的損傷參量，損傷參量考慮了材料在循環(huán)加載下的彈塑性受力狀態(tài)，該損傷參量與Manson-Coffin方程相結(jié)合建立了多軸低周疲勞損傷模型。經(jīng)由GH4169, Haynes188和一種低碳鋼的多軸疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證，表明所提出的模型可得到較為滿意的結(jié)果。
　　 為得到缺口件局部應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)而

4、估算其疲勞壽命，文中用有限元模擬實(shí)現(xiàn)了高溫拉扭多軸比例與非比例循環(huán)加載，高溫單軸循環(huán)加載應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)用于描述材料的多線性運(yùn)動(dòng)硬化特性；拉扭應(yīng)變循環(huán)加載通過把一個(gè)循環(huán)分為多個(gè)不同載荷步來實(shí)現(xiàn)。通過光滑薄壁管件多軸循環(huán)有限元分析結(jié)果證明了基于有限元法的循環(huán)加載描述的正確性。利用該方法得到的缺口根部局部應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，采用提出的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型估算了缺口件的疲勞裂紋萌生壽命。
　　 針對(duì)多軸變幅加載，用考慮了非比例加載影響的等效應(yīng)變求解

5、等效應(yīng)力，與改進(jìn)的Chaboche損傷累積模型相結(jié)合，計(jì)算變幅加載下的疲勞損傷。推導(dǎo)出多級(jí)加載的Chaboche疲勞損傷累積公式，將其用于變幅加載塊的疲勞損傷估算，并與Miner損傷累積模型進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　 最后，對(duì)高溫疲勞，單獨(dú)考慮純疲勞和時(shí)間相關(guān)因素造成的損傷。根據(jù)高溫?zé)o保載情況下不同拉壓應(yīng)變率和循環(huán)時(shí)間引起的時(shí)間相關(guān)損傷的不同，建立了時(shí)間相關(guān)的損傷時(shí)間計(jì)算方法?；诰€性損傷理論提出了適于高溫循環(huán)加載的時(shí)間相關(guān)疲勞損傷