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(jī)葉片的重要材料。航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片工作在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的環(huán)境中,受到反復(fù)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(jìn)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(yù)測模型,對航空發(fā)動機(jī)葉片的疲勞強(qiáng)度設(shè)計具有理論指導(dǎo)意義和應(yīng)用價值。
　　本文的主要研究工作如下:
　　一、基于正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法,在國內(nèi)首次進(jìn)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(yàn),研究等效應(yīng)變范圍、應(yīng)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(jié)合鎳基單晶合金微觀結(jié)構(gòu)特征,建立了γ/γ’兩相單胞微觀尺度力學(xué)模型,根據(jù)疲勞試驗(yàn)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(jìn)行多軸非比例循環(huán)加載有限元數(shù)值模擬。結(jié)果表明:單胞模型基體的最大等效應(yīng)力

3、范圍和最大等效應(yīng)變范圍出現(xiàn)在基體相尖角上;沉淀相的最大等效應(yīng)變范圍和最大等效應(yīng)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(jié)果與試驗(yàn)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(gòu)造循環(huán)塑性應(yīng)變能作為損傷參量,建立鎳基單晶合金低周疲勞壽命預(yù)測模型。參量k與循環(huán)壽命之間呈冪函數(shù)關(guān)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(jié)果,以及鎳基單

4、晶合金680℃和850℃低周疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù),對疲勞壽命模型進(jìn)行多元線性回歸分析,結(jié)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(yīng)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(yīng)的等效應(yīng)變參量,并引入表征拉/扭應(yīng)變路徑角對多軸疲勞壽命影響的單晶應(yīng)力三軸性因子,構(gòu)造疲勞損傷參量,建立的疲勞壽命回歸模型與試驗(yàn)壽命具有很好的相關(guān)性,所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)都落在2.0倍的偏差分布帶之內(nèi)。
　　最后