[发明专利]单晶涡轮叶片寿命确定过程和系统

权利要求书

1.一种用于确定燃气涡轮发动机(100)的单晶涡轮叶片(430)的使用寿命的方法，所述方法包括：

确定所述燃气涡轮发动机(100)的每个负荷周期的所述单晶涡轮叶片(430)的累积损伤，包括：

确定疲劳损伤，其包括将以各向同性方式确定的斜变期应力分解成所述涡轮叶片的主要滑移系上的斜变期剪切应力以及利用所述单晶涡轮叶片(430)的材料的延性耗竭曲线(812)使用所得到的斜变期应变速率，

确定蠕变损伤，其包括将以各向同性方式确定的停留期应力分解成主要滑移面上的停留期剪切应力以及利用所述延性耗竭曲线(812)使用所得到的停留期应变速率，以及

将所述疲劳损伤和所述蠕变损伤组合；

通过将每个负荷周期的所述单晶涡轮叶片(430)的所述累积损伤组合成总累积损伤并将所述总累积损伤除以所述负荷周期的数量来确定每个周期的损伤；以及

通过将故障总损伤除以所述每个周期的损伤来确定故障周期数量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过呈现随时间流逝的所述每个周期的损伤来预测所述单晶涡轮叶片(430)的故障。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述疲劳损伤包括：使用剪切模量以由所述主要滑移系上的所述斜变期剪切应力确定所述主要滑移系上的斜变期剪切应变、将所述主要滑移系上的所述斜变期剪切应变组合成斜变期各向异性应变矢量、从总斜变期应变中减去所述斜变期各向异性应变矢量以及乘以所述材料的弹性刚度张量以确定斜变期各向异性应力；并且其中，确定所述蠕变损伤包括：使用所述剪切模量以由所述主要滑移系上的所述停留期剪切应力确定所述主要滑移系上的停留期剪切应变、将所述主要滑移系上的所述停留期剪切应变组合成停留期各向异性应变矢量、从总停留期应变中减去所述停留期各向异性应变矢量以及乘以所述弹性刚度张量以确定停留期各向异性应力。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述疲劳损伤包括使用应力-应变曲线(822)以由所述斜变期各向异性应力确定斜变期各向异性应变，并且其中，确定所述蠕变损伤包括使用所述应力-应变曲线(822)以由所述停留期各向异性应力确定停留期各向异性应变以及使用幂律法以由所述停留期各向异性应变确定所述停留期应变速率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将所述斜变期应力乘以滑移面的法线与施加力的方向之间的角度的余弦、和所述滑移面方向与所述施加力的方向之间的角度的余弦，来确定在所述主要滑移系中的每一个上的所述斜变期剪切应力，并且通过将所述停留期应力乘以所述滑移面的所述法线与所述施加力的方向之间的角度的余弦、和所述滑移面方向与所述施加力的方向之间的角度的余弦，来确定在所述主要滑移系中的每一个上的所述停留期剪切应力。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定是否在所述燃气涡轮发动机(100)的维修期间更换所述涡轮叶片(430)是基于根据前述权利要求中任一项所述的方法所确定的所述故障周期数量。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过蠕变和拉伸试验确定所述故障总损伤，并且通过蠕变和拉伸试验确定所述延性耗竭曲线(812)。