[发明专利]镍基单晶涡轮叶片结构件的蠕变累计寿命的计算方法

说明书

本公开提供了一种针对镍基单晶涡轮叶片结构件的蠕变累计寿命的计算方法，包括：根据分切应力与蠕变参数确定滑移系与蠕变剪应变率之间的蠕变规律；根据宏观应力率确定弹性蠕变应变率，根据滑移系的分切应变率确定非弹性蠕变应变率；根据弹性蠕变应变率与非弹性蠕变应变率确定宏观应变率；根据宏观应变率与各向异性弹性张量确定应力率；根据结构因子、气体常数、绝对温度、活化能与分切应力确定初始蠕变率；根据初始蠕变速率、蠕变损伤机制的孔洞损伤和材料劣化，确定滑移系的蠕变剪切应变率；蠕变本构模型构建后，通过蠕变试验将参数进行拟合，拟合完成后，不同温度的参数之间利用插值法进行；根据叶片模型和工况条件，计算蠕变累计寿命。

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，具体而言，涉及一种镍基单晶涡轮叶片结构件的蠕变累计寿命的计算方法。

背景技术

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，而涡轮叶片则是其重要的组成部件，要提高航空发动机的性能就必须提升涡轮叶片的性能，镍基单晶因为其优异的高温力学性能，包括高温强度、良好的抗氧化热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力以及良好的组织稳定性，广泛应用于制造航空发动机涡轮叶片等热端部件。

由于涡轮叶片处于温度最高、应用最复杂、环境最恶劣的部位，长期高温工作环境使得蠕变成为了涡轮叶片损坏的主要原因之一，在涡轮叶片的设计中，提供足够的蠕变寿命成为热端部件重要的结构设计准则，故而其蠕变寿命问题十分关键。

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发明的背景的理解，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

本发明实施例的目的在于提供一种镍基单晶涡轮叶片结构件的蠕变累计寿命的计算方法，能够给出更加准确的损伤分布情况。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种涡轮叶片结构件的蠕变累计寿命的计算方法，该计算方法包括：

根据初始构型中各滑移系的滑移方向，及各滑移系滑移面的单位法向量，确定取向因子；

根据所述取向因子、晶轴系下的应力张量确定滑移系的分切应力；

根据分切应力与蠕变参数确定滑移系与蠕变剪应变率之间的蠕变规律；

根据宏观应力率确定弹性蠕变应变率，根据滑移系的分切应变率确定非弹性蠕变应变率；

根据所述弹性蠕变应变率与所述非弹性蠕变应变率确定宏观应变率；

根据宏观应变率与各向异性弹性张量确定应力率；

根据结构因子、气体常数、绝对温度、活化能与分切应力确定初始蠕变率；

根据初始蠕变速率、蠕变损伤机制的孔洞损伤和材料劣化，确定滑移系的蠕变剪切应变率；

蠕变本构模型构建后，通过蠕变试验将参数进行拟合，拟合完成后，不同温度的参数之间利用插值法进行；

根据叶片模型和工况条件，计算蠕变累计寿命。

在本公开的一种示例性实施例中，若所述滑移系的滑移系族相同，则蠕变参数相同；若所述滑移系的滑移系族不同，则蠕变参数不同。

在本公开的一种示例性实施例中，所述取向因子为：

其中，P^α为取向因子，m^(α)为初始构型中第α滑移系滑移方向，n^(α)为初始构型中第α滑移系滑移面的单位法向量。

在本公开的一种示例性实施例中，第α滑移系的分切应力为：

τ^α＝σ:P^(α)