[发明专利]一种涡轮叶片区间损伤容限分析方法

权利要求书

1.一种涡轮叶片区间损伤容限分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，

第一步：涡轮叶片的三维裂纹扩展建模，采用基于线弹性断裂力学的Paris公式来预测疲劳裂纹扩展寿命：

式中，a代表裂纹尺寸，N代表加载次数(裂纹扩展寿命)，C和m是只与材料有关的参数，ΔK代表一个循环中的应力强度因子幅值：

ΔK＝K_max-K_min

式中，K_max和K_min分别代表一次循环加载时应力强度因子(SIFs)的最大值和最小值；

第二步：参数不确定性度量，发展一种基于区间分析的损伤容限不确定性分析方法，根据参数的变化区间即可预测疲劳裂纹扩展寿命的上下界，涡轮叶片的疲劳裂纹扩展寿命在一个区间范围内变动：N(x)＝[N^L(x),N^R(x)],式中，N^L(x)和N^R(x)分别表示裂纹扩展寿命的上下边界；

第三步：相关变量独立化，由于裂纹扩展模型中，裂纹扩展常数C和m之间通常存在相关性关系，而裂纹扩展常数与载荷之间又相互独立，引入平行六面体凸模型对其进行统一度量；

第四步：疲劳裂纹扩展寿命子区间划分，在标准空间中，通过子区间分析方法，区间可被划分为若干子区间；

第五步：疲劳扩展寿命区间预测，获得N(δ^I)的上下边界。

2.如权利要求1所述的涡轮叶片区间损伤容限分析方法，其特征在于，在第一步中，上述ΔK的计算依赖于疲劳加载的形式，裂纹为I型，则ΔK＝ΔK_I；裂纹为复合型，则ΔK＝ΔK_eff，其中ΔK_eff为有效应力强度因子：

式中，β_II和β_III是基于最大切应力准则和最大应变能释放率准则选择的参数，K_I、K_II和K_III在简单结构中可通过解析公式获取，

当K_max小于断裂韧性K_IC，ΔK大于裂纹扩展门槛值ΔK_th时，获得裂纹扩展寿命：

式中，a₀代表初始裂纹尺寸，a_f代表最终裂纹尺寸，a_f可由断裂韧性K_IC和施加的载荷进行计算。

3.如权利要求1所述的涡轮叶片区间损伤容限分析方法，其特征在于，在第二步中，涡轮叶片中的载荷、裂纹扩展常数、断裂韧性等均属于不确定性参数，且在一定的区间范围内变动：

式中，x^I为一n维区间向量，表示涡轮叶片中的不确定性参数，区间变量可表达为：

式中，和分别表示区间变量的上边界、下边界、中点和半径。区间的不确定性可能度定义如下：

4.如权利要求3所述的涡轮叶片区间损伤容限分析方法，其特征在于，在第三步中，所述平行六面体凸模型把相关区间参数统一归一化到独立标准超立方体中，采用子区间分析方法预测涡轮叶片的疲劳裂纹扩展寿命上下边界。