某GH4169動力渦輪盤裂紋擴展研究.pdf

1、本文利用有限元分析軟件ANSYS和三維裂紋擴展分析軟件FRANC3D，通過裂紋擴展仿真計算和低循環(huán)疲勞試驗相結合的方法，研究某GH4169動力渦輪盤關鍵部位預制裂紋的擴展過程，為該輪盤損傷容限設計方法研究提供依據。本文主要研究工作內容如下：
　　(1)采用損傷容限設計方法，確定某動力渦輪盤裂紋擴展過程研究方案。根據某渦軸發(fā)動機真實工況，折算出旋轉試驗臺上的試驗轉速和試驗溫度。對該渦輪盤進行應力狀態(tài)分析，將其中心孔、偏心孔作為裂紋擴

2、展過程的考核部位。確定初始缺陷的位置及預制方法，選擇合適的無損檢測方法和低循環(huán)疲勞試驗檢查間隔。
　　(2)采用Franc3D軟件分析偏心孔和中心孔處的裂紋擴展速率。插入長度為0.15mm的初始裂紋，計算中心孔徑向、偏心孔徑向（內、外）與周向的裂紋擴展過程，直至裂紋尖端應力強度因子達到材料的斷裂韌度。發(fā)現裂紋擴展速率的由快到慢的排序為:偏心孔徑向（向內）＞偏心孔徑向（向外）＞中心孔徑向＞偏心孔周向。繪制出各部位的a～N曲線和⊿K～

3、a曲線，觀察裂紋擴展路徑。
　　(3)使用立式旋轉試驗臺，開展該動力渦輪盤的低循環(huán)疲勞試驗。根據仿真計算結果，在輪盤偏心孔與中心孔處預制14個小缺口。每間隔一定的循環(huán)次數，取下輪盤進行無損檢測。當輪盤發(fā)生爆裂時，切下斷口，在電子顯微鏡下對斷口進行分析，根據斷口確定的da/dN～a曲線，并且與仿真計算進行對比。
　　研究結果表明:輪盤偏心孔徑向（向內）、中心孔徑向、偏心孔周向的裂紋擴展速率依次減小;采用裂紋長度等效方法計算得到