[发明专利]考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命预测方法，其步骤如下：(1)基于轮盘的三维几何模型的循环对称特征，任选其中一个扇形段，建立有限元模型；(2)输入材料参数和载荷参数，计算轮盘经历一个循环的应变幅值和应力幅值；(3)根据应变幅及应变‑寿命曲线预测轮盘表面无初始加工刀痕时的低循环疲劳寿命N_f‑smo；(4)根据与裂纹尺寸对应的当量低循环寿命N_f‑eqv的表达式，计算出N_f‑eqv值；(5)根据N_f‑rou＝N_f‑smo‑N_f‑eqv预测考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命N_f‑rou。本发明发考虑了轮盘表面初始加工刀痕对低循环疲劳寿命的影响，提高了低循环疲劳寿命预测精度。

技术领域

本发明属于轮盘疲劳寿命测试领域，涉及一种考虑表面初始加工刀痕的零件低循环疲劳寿命预测方法，特别涉及一种基于能量法考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命预测方法。

背景技术

航空发动机中轮盘是主要的旋转部件之一，是主要的承力件，在高速旋转时不仅承受轮缘处叶片的离心载荷，同时还承受轮盘自身的离心载荷及轮缘轮心温差形成的热载荷。

低循环疲劳失效是轮盘失效的主要模式之一，当飞机从地面静止状态起飞至高空状态，完成任务后再降落至地面静止状态这一完整的起落过程中，发动机轮盘会经历从最小状态至最大状态再回到最小状态的过程。在这一过程中发动机轮盘上的应力会交变一次，从最小值到最大值再回到最小值。飞机每执行一次飞行任务，发动机上轮盘的应力均交变一次，轮盘某些应力集中部位(例如：盘体喉部)在经历了一定数量的应力交变后，在其表面会出现裂纹，对应的应力交变次数或发动机起飞降落循环次数称为发动机轮盘的低循环疲劳寿命。

现阶段，轮盘低循环疲劳寿命预测时，是基于材料手册给定的应力寿命曲线或应变寿命曲线，而这些曲线是基于标准光滑试件的试验数据，标准光滑试件表面光洁度高，工程使用中的轮盘表面光洁度不可能有标准光滑试件那么高。轮盘的车加工工艺决定了其表面不可避免地会存在加工刀痕，而这些表面加工刀痕会对轮盘的低循环疲劳寿命造成一定的影响，如果不考虑表面加工刀痕的影响，预测的低循环疲劳寿命可能会比实际使用中的高，这样就会影响轮盘的使用安全性。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷和不足，本发明旨在提供一种基于能量法考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命预测方法，该方法将轮盘表面初始加工刀痕深度融入到低循环疲劳寿命预测方法中，可以提高轮盘低循环疲劳寿命预测精度，进而提高轮盘的安全可靠性。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种考虑表面初始加工刀痕的轮盘低循环疲劳寿命预测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

SS1.基于轮盘的三维几何模型的循环对称特征，任选其中一个扇形段，按表面无加工刀痕进行网格划分，建立轮盘的有限元模型；

SS2.基于步骤SS1建立的有限元模型，输入轮盘的材料性能参数和载荷参数，并施加边界约束，计算轮盘经历最小状态运转至最大状态再运转至最小状态这样一个循环中轮盘的最大应力、最小应力和最大应变、最小应变，得到应变幅值和应力幅值；

SS3.根据步骤SS2计算得到的应变幅值及轮盘材料的应变-寿命曲线预测轮盘表面无初始加工刀痕时的低循环疲劳寿命N_f-smo；

SS4.将轮盘表面的初始刀痕视作裂纹，假设轮盘表面某一裂纹是由一次断裂和低循环疲劳两种方式产生的，根据一次断裂应变能和低循环疲劳消耗应变能之间的关系，得到与裂纹尺寸对应的当量低循环疲劳寿命N_f-eqv的表达式，并根据轮盘的相关材料性能参数，计算出N_f-eqv的值；