[发明专利]镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法

说明书

本公开提供一种镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法，该方法包括：建立镍基单晶合金涡轮叶片榫头的微动疲劳接触分析模型；在给定工况下对该模型进行计算，获取分析参数，分析参数包括接触面不同位置处的分切应力、切向应力和相对滑移距离；确定给定工况下该模型接触面不同位置处的分切应力损伤因子；根据给定工况和分析参数，确定给定工况下该模型接触面不同位置处的累积耗散能损伤因子；根据分切应力损伤因子和累积耗散能损伤因子，确定微动疲劳综合损伤因子，进而得到镍基单晶合金涡轮叶片榫头的微动疲劳寿命。本公开的镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法可准确预测镍基单晶合金涡轮叶片榫头的微动疲劳寿命。

技术领域

本公开涉及结构设计与强度技术领域，具体而言涉及一种镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法。

背景技术

镍基单晶合金具有很好的耐高温、抗蠕变、抗氧化和热机械疲劳性能，因而被广泛应用于航空发动机及燃气轮机涡轮叶片中。涡轮叶片通常采用榫连接结构与涡轮盘连接，在周期性离心载荷等的作用下，涡轮叶片榫头结构极易发生微动疲劳，而涡轮高温、高转速的恶劣环境使得镍基单晶榫头结构的微动疲劳问题更为突出。因此，实现镍基单晶涡轮叶片榫头微动疲劳寿命的准确预测，对于航空发动机及燃气轮机的设计具有重大意义。

传统常规合金的微动疲劳寿命预测方法主要是根据磨损规律和疲劳损伤特点，考虑接触应力、表面状态、相对滑移、载荷状态等多种因素对微动疲劳的影响规律，提出描述微动损伤的综合参数，通过建立微动损伤参数与微动疲劳寿命之间的关系，实现裂纹萌生位置和微动疲劳寿命的预测。考虑到接触区域处于多轴应力状态，基于多轴疲劳理论的微动疲劳寿命预测方法得到了广泛应用。

与常规多晶材料相比，镍基单晶合金的力学行为具有晶体取向相关性、晶体取向敏感性，拉压不对称性，反施密特效应和中温脆性等特点。目前的微动疲劳寿命预测方法无法表征镍基单晶高温合金微动疲劳损伤失效的特点，进而导致无法准确预测镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种镍基单晶合金涡轮叶片榫头的微动疲劳寿命预测方法可准确预测镍基单晶合金涡轮叶片榫头的微动疲劳寿命。

根据本公开的一个方面，提供一种镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法，包括：

建立镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳接触分析模型；

在给定工况下对所述涡轮叶片榫头微动疲劳接触分析模型进行计算，获取分析参数，所述分析参数包括接触面不同位置处的分切应力、切向应力和相对滑移距离；

根据给定工况和所述分析参数，确定所述给定工况下微动疲劳接触分析模型接触面不同位置处的分切应力损伤因子；

根据给定工况和所述分析参数，确定所述给定工况下的微动疲劳接触分析模型接触面不同位置处的累积耗散能损伤因子；

根据所述分切应力损伤因子和所述累积耗散能损伤因子，确定微动疲劳综合损伤因子，进而得到镍基单晶合金涡轮叶片榫头的微动疲劳寿命。

在本公开的一种示例性实施例中，根据给定工况和所述分析参数，确定所述给定工况下微动疲劳接触分析模型接触面不同位置处的分切应力损伤因子包括：

根据分切应力及材料的屈服强度确定分切应力损伤因子。

在本公开的一种示例性实施例中，通过第一公式确定分切应力，所述第一公式为：

τ^(α)＝σ:P^(α)

其中，τ^(α)为分切应力，σ为晶轴系下的应力张量，P^(α)为施密特因子。