鎳基單晶合金應(yīng)力弱化損傷與低周疲勞研究.pdf

1、鎳基單晶高溫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(dòng)機(jī)葉片的重要材料。航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片工作在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的環(huán)境中，受到疲勞載荷作用，疲勞斷裂是引起葉片失效的主要原因之一，同時(shí)由于離心力的作用，葉片將承受非對稱循環(huán)載荷下的應(yīng)力弱化損傷。因此研究鎳基單晶高溫合金在非對稱循環(huán)載荷下的低周疲勞循環(huán)特性和應(yīng)力松弛行為，建立工程實(shí)用的疲勞壽命預(yù)測模型，對航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)具有理論指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　首先，

2、本文基于DD3鎳基單晶高溫合金單軸拉/壓和多軸拉/扭非對稱循環(huán)加載低周疲勞試驗(yàn)，對試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，繪制并分析不同晶體取向、不同溫度、不同加載路徑下的應(yīng)力-循環(huán)次數(shù)曲線和軸向/切向應(yīng)力應(yīng)變曲線，研究材料在不同載荷相位角、應(yīng)變加載路徑和溫度下的循環(huán)硬化、軟化特性，發(fā)現(xiàn)在高溫非對稱循環(huán)載荷下會(huì)出現(xiàn)比較明顯的應(yīng)力松弛行為，從而發(fā)生應(yīng)力弱化損傷，對疲勞壽命產(chǎn)生影響。
　　其次，采用參數(shù)化程序設(shè)計(jì)語言APDL編寫命令流，對光滑圓柱試

3、樣進(jìn)行單軸拉/壓和薄壁圓筒進(jìn)行拉/扭數(shù)值模擬，獲得應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)曲線，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析?；阪嚮鶈尉Ц邷睾辖鸬奈⒂^結(jié)構(gòu)特征，建立了γ/γ’雙相微觀多胞元力學(xué)模型，避免了單胞元模型進(jìn)行多軸非對稱循環(huán)位移加載數(shù)值模擬時(shí)邊界應(yīng)力出現(xiàn)的畸變效應(yīng)，驗(yàn)證多胞模型的合理性，并運(yùn)用該模型對材料的應(yīng)力松弛行為進(jìn)行數(shù)值模擬，分析材料的破壞機(jī)理，表明基體相最先發(fā)生破壞。
　　通過深入研究單晶合金應(yīng)力松弛行為，創(chuàng)新性提出了表征鎳基單晶合金應(yīng)力弱化損傷

4、的參量F，通過相關(guān)性分析得出它與疲勞壽命之間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系?；谀芰亢纳⒗碚?，由Mises等效應(yīng)變范圍、單晶合金應(yīng)力三軸性因子和晶體取向函數(shù)構(gòu)造循環(huán)塑性應(yīng)變能作為損傷參量，建立了疲勞壽命預(yù)測模型。利用單、多軸低周疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行多元線性回歸分析，表明模型與試驗(yàn)壽命之間具有較高的相關(guān)性，所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)都落在2.0倍偏差分布帶之內(nèi)。分別采用宏觀模型和微觀單、多胞模型對疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測，表明微觀胞元模型的精度最高。
　　最后，對全