[发明专利]FOD缺口型损伤的疲劳性能预测方法

说明书

本发明提供了一种FOD缺口型损伤的疲劳性能预测方法，包括如下步骤：(1)确定FOD缺口型损伤的宏观尺寸：通过观测工具，观测FOD缺口型损伤的形貌特征，测量FOD缺口损伤的宏观尺寸；(2)确定假设小缺口的尺寸形貌及位置：基于步骤(1)得到的FOD缺口型损伤的宏观尺寸及形貌，确定假设小缺口的几何尺寸及其相对于FOD缺口损伤的位置；(3)确定疲劳预测的相关参数：依据所预测的疲劳参量及其疲劳条件，确定所对应的材料参数及预测方法；(4)开展疲劳性能的预测计算：以叠加缺口模型为基础，构建有限元模型进行分析计算，进而依据计算结果预测FOD缺口型损伤的疲劳性能。本发明提高了FOD缺口型损伤的疲劳性能预测精度。

技术领域

本发明属于疲劳预测方法技术领域，针对FOD缺口型损伤，提出一种以具有假设小缺口(次要缺口)的叠加缺口为预测模型的疲劳性能预测方法。

背景技术

外物损伤(Foreign Object Damage，简称FOD)，又称硬物损伤，主要是因工作环境中的硬物，如砂石、金属碎屑等，对发动机内部部件造成冲击从而产生。因外界环境的限制，航空发动机的FOD事件几乎无法避免，风扇/压气机叶片经常因FOD损伤而需要维修、更换，甚至可能导致飞行事故。因此，为保证叶片在FOD后能继续稳定地工作，降低维修成本，需重点研究FOD损伤叶片的疲劳性能及强度，因此，发展FOD损伤叶片疲劳性能的准确预测方法是十分必要的。

据外场统计，FOD宏观特征上多表现为缺口、撕裂、凹坑等形式，其中，以缺口型损伤为主要形式。因此，当前FOD损伤的相关问题研究中，多以加工缺口的疲劳性能预测方法来对FOD损伤开展疲劳性能的预测研究和分析。

但由于在实际的冲击过程中，FOD缺口型损伤的形状往往较为复杂，不能以单一的缺口形状或特征来进行描述。更为重要的是，FOD缺口损伤表面的轮廓凹凸不平，存在肉眼或简单仪器难以观测的微观缺陷及细小裂纹，其对疲劳性能的影响是显著的，但却很难以加工缺口的形式表征出来。因此，依据加工缺口的疲劳性能预测方法往往很难到达预期的精度要求。相关的工程实践也表明：传统的缺口疲劳性能预测法(如应力集中系数，临界距离理论)在FOD缺口型损伤的预测结果上存在较大误差，无法满足工程设计的需要。

目前，国内尚无准确的FOD缺口型损伤疲劳性能预测方法。

发明内容

为弥补传统的缺口疲劳预测方法在FOD疲劳预测上的精度不足，本发明的目的是提出一种FOD缺口型损伤的疲劳性能预测方法，通过叠加缺口的修正模型，以假设小缺口来替代FOD损伤的不规则轮廓和微观缺陷，从而将其对疲劳性能的影响引入模型的分析计算中，进而提高FOD缺口型损伤疲劳性能的预测精度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种FOD缺口型损伤的疲劳性能预测方法，包括如下步骤：

(1)确定FOD缺口型损伤的宏观尺寸：通过观测工具，观测FOD缺口型损伤的形貌特征，测量FOD缺口损伤的宏观尺寸；

(2)确定假设小缺口的尺寸形貌及位置：基于步骤(1)得到的FOD缺口型损伤的宏观尺寸及形貌，确定假设小缺口的几何尺寸及其相对于FOD缺口损伤的位置；

(3)确定疲劳预测的相关参数：依据所需预测的疲劳参量及其疲劳条件，采用现有技术的方法，确定所对应的材料参数及预测方法；

(4)开展疲劳性能的预测计算：以叠加缺口模型为基础，构建有限元模型进行分析计算，进而依据计算结果预测FOD缺口型损伤的疲劳性能。

所述步骤(1)中，观测工具为光学显微镜。

所述步骤(1)中，FOD缺口型损伤的宏观测量尺寸包括缺口深度H、缺口宽度L以及缺口底部半径R。

所述步骤(1)中，FOD缺口型损伤入射和出射两侧的宏观尺寸作平均处理。