基于微觀單細(xì)胞模型的鎳基單晶合金低周疲勞壽命灰色預(yù)測.pdf

1、鎳基單晶高溫合金具有優(yōu)良的高溫疲勞、蠕變性能,已被廣泛用于制造航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片。由于發(fā)動機(jī)頻繁啟動、停機(jī)產(chǎn)生交變載荷作用,低周疲勞損傷是影響渦輪葉片壽命的主要因素之一。研究鎳基單晶高溫合金低周疲勞破壞機(jī)理及壽命預(yù)測方法,一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點和難點問題。本文以DD3鎳基單晶合金材料為研究對象,采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗驗證相結(jié)合的方法,對鎳基單晶合金的彈塑性力學(xué)行為和高溫低周疲勞性能進(jìn)行深入研究,在建立鎳基單晶合金微觀單胞模型的

2、基礎(chǔ)上,通過灰色關(guān)聯(lián)分析確定影響低周疲勞壽命的主要因素,并建立灰色 GM(1,N)預(yù)測模型,研究提高鎳基單晶合金低周疲勞壽命預(yù)測精度的方法。論文的主要研究工作如下:
　　1、基于鎳基單晶合金微觀結(jié)構(gòu)特征建立微觀單胞有限元模型,并進(jìn)行單軸拉伸熱彈-塑性數(shù)值模擬,結(jié)果顯示基體與沉淀相的交界面處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài),沉淀相的屈服強(qiáng)度高于基體相,疲勞損傷最先從基體相的屈服開始,沉淀相作為增強(qiáng)相提高了宏觀單晶合金材料的強(qiáng)度,按復(fù)合材料混合物定律計

3、算公式得到的平均應(yīng)力與單軸拉伸試驗應(yīng)力值基本吻合,驗證了單胞有限元模型建立的合理性。
　　2、進(jìn)行DD3鎳基單晶合金薄壁圓筒試樣680℃高溫多軸低周疲勞試驗,分別對宏/微觀有限元模型進(jìn)行了(拉-壓、拉-扭)循環(huán)加載熱-彈塑性應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值模擬,并與試驗結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果表明微觀單胞模型有限元模擬結(jié)果更接近于試驗結(jié)果。
　　3、基于灰色關(guān)聯(lián)分析方法,利用鎳基單晶合金的低周疲勞試驗數(shù)據(jù),對疲勞壽命影響因素進(jìn)行了關(guān)聯(lián)性分析,確定了影

4、響疲勞壽命的主要因素。
　　4、基于微觀單胞模型,運用灰色理論,建立了灰色GM(1,N)壽命預(yù)測模型,采用DD3鎳基單晶合金單軸/多軸低周疲勞試驗數(shù)據(jù)對所建立灰色模型進(jìn)行驗證。對預(yù)測值進(jìn)行了殘差檢驗,平均誤差均在10％以內(nèi),幾乎所有單軸和多軸疲勞試驗數(shù)據(jù)分別落在2.6、2.3倍偏差分布帶內(nèi),表明基于灰色理論建立的單晶合金低周疲勞GM(1，N)壽命預(yù)測模型預(yù)測精度較高,可用于鎳基單晶合金低周疲勞壽命預(yù)測,為鎳基單晶合金的疲勞壽命預(yù)測