輪盤(pán)低循環(huán)疲勞壽命預(yù)測(cè)模型和試驗(yàn)評(píng)估方法研究.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)輪盤(pán)的失效和破裂往往會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，因此輪盤(pán)被列為發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性關(guān)鍵件和斷裂關(guān)鍵件。低循環(huán)疲勞是輪盤(pán)最主要的失效模式。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能和推重比的日益提高，輪盤(pán)承受著更高的應(yīng)力和溫度載荷，同時(shí)，也要求更高的工作可靠性。這對(duì)輪盤(pán)低循環(huán)疲勞壽命預(yù)測(cè)和試驗(yàn)評(píng)估的準(zhǔn)確性提出了新的挑戰(zhàn)。目前，美、英、法、俄等航空大國(guó)已經(jīng)建立了比較完善的輪盤(pán)低循環(huán)疲勞壽命預(yù)測(cè)和試驗(yàn)評(píng)估體系。國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究還有較大差距?？梢?jiàn)，開(kāi)展輪盤(pán)低循環(huán)疲勞壽命

2、預(yù)測(cè)模型和試驗(yàn)評(píng)估方法研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 本文從理論、試驗(yàn)和工程應(yīng)用等方面對(duì)輪盤(pán)低循環(huán)疲勞壽命預(yù)測(cè)模型和試驗(yàn)評(píng)估方法進(jìn)行了深入而系統(tǒng)地研究。 第一部分，輪盤(pán)低循環(huán)疲勞壽命預(yù)測(cè)模型和方法的研究和改進(jìn)，包括第二章、第四章至第六章。首先，簡(jiǎn)要評(píng)述了輪盤(pán)低循環(huán)疲勞的特點(diǎn)、幾種安全壽命預(yù)測(cè)模型及其影響因素。其次，針對(duì)輪盤(pán)低循環(huán)疲勞載荷非對(duì)稱(chēng)及其主要壽命區(qū)限，提出了一種改進(jìn)的Walker應(yīng)變壽命預(yù)測(cè)模型。再次

3、，系統(tǒng)地推導(dǎo)了考慮危險(xiǎn)部位數(shù)目對(duì)輪盤(pán)疲勞壽命影響的修正公式。最后，應(yīng)用改進(jìn)后的預(yù)測(cè)模型和多危險(xiǎn)部位修正公式，計(jì)算了某渦輪盤(pán)的低循環(huán)疲勞壽命。結(jié)果表明，本文提出的壽命預(yù)測(cè)模型和修正公式簡(jiǎn)單、實(shí)用，預(yù)測(cè)精度高于其它常用的預(yù)測(cè)模型和方法。 第二部分，輪盤(pán)及其材料低循環(huán)疲勞試驗(yàn)研究，涉及第三章至第四章。首先，設(shè)計(jì)和加工了某渦輪盤(pán)高溫低循環(huán)疲勞試驗(yàn)件，在立式輪盤(pán)低循環(huán)疲勞試驗(yàn)器上成功地完成了該全尺寸渦輪盤(pán)高溫低循環(huán)疲勞試驗(yàn)，通過(guò)裂紋斷口

4、分析獲得了該渦輪盤(pán)的裂紋萌生壽命和裂紋擴(kuò)展壽命。其次，補(bǔ)充測(cè)試了GH4133材料在250℃下，應(yīng)變比分別為－1和0.44時(shí)，軸向應(yīng)變控制的低循環(huán)疲勞性能。這些試驗(yàn)工作，也為研究輪盤(pán)低循環(huán)疲勞壽命預(yù)測(cè)模型和方法提供了驗(yàn)證平臺(tái)。 第三部分，輪盤(pán)小子樣試驗(yàn)壽命可靠性評(píng)估方法研究，即論文的第七章。首先，根據(jù)次序統(tǒng)計(jì)量理論，系統(tǒng)地推導(dǎo)并給出了基于對(duì)數(shù)正態(tài)分布和雙參數(shù)威布爾分布的疲勞壽命分散系數(shù)計(jì)算公式；由這些公式計(jì)算得到的分散系數(shù)與英國(guó)

5、國(guó)防標(biāo)準(zhǔn)00－971和美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)JSGS -87231A基本吻合，這表明這些計(jì)算公式是合理的。其次，基于擬合優(yōu)度檢驗(yàn)和失效率函數(shù)，研究了兩種國(guó)產(chǎn)輪盤(pán)材料的低循環(huán)疲勞壽命分布規(guī)律。結(jié)果表明，形狀參數(shù)大于1的三參數(shù)威布爾分布函數(shù)是建立國(guó)產(chǎn)輪盤(pán)材料GH4133和1Cr11Ni2W2MoV疲勞壽命分布的理想數(shù)學(xué)模型；對(duì)數(shù)正態(tài)分布假設(shè)一般可用于較低壽命階段的輪盤(pán)材料疲勞壽命可靠性評(píng)估；雙參數(shù)威布爾分布用作國(guó)產(chǎn)輪盤(pán)材料疲勞壽命分布模型時(shí)必須進(jìn)行假