镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】
镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法
本公开涉及结构设计与强度
，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。
技术介绍
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
技术介绍
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。
技术实现思路
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。在本公开的一种示例性实施例中，所述根据分切应力及材料的屈服强度确定分切应力损伤因子，其中，通过第二公式确定分切应力损伤因子，所述第二公式为：其中，DR为分切应力损伤因子，τ(α)为滑移系α的分切应力，τmin和τmax分别为τ(α)的最小值和最大值，σs为材料的屈服强度，m为材料的损伤系数。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包括：根据切向应力以及相对滑移距离确定一点处的耗散能；根据所述耗散能以及能量释放率确定累积耗散能损伤因子。在本公开的一种示例性实施例中，所述根据切向应力以及相对滑移距离确定一点处的耗散能，可根据第三公式确定耗散能，所述第三公式为：Edi＝qi(x)δi(x)其中，Edi为点x处的耗散能，qi(x)为x点处的切向应力，δi(x)为x点处的相对滑移距离。在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述耗散能以及能量释放率确定累积耗散能损伤因子，可根据第四公式确定累积耗散能损伤因子，所述第四公式为：其中，DE为累积耗散能损伤因子，G为材料的能量释放率，Edi为点x处的耗散能。在本公开的一种示例性实施例中，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包括：根据所述分切应力损伤因子和所述累积耗散能损伤因子，确定所述微动疲劳接触分析模型在所述给定工况下的微动疲劳综合损伤因子；根据所述微动疲劳综合损伤因子确定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，根据所述分切应力损伤因子和所述累积耗散能损伤因子，确定所述微动疲劳接触分析模型在所述给定工况下的微动疲劳综合损伤因子包括：根据分切应力损伤因子和累积耗散能损伤因子通过第五公式确定微动疲劳综合损伤因子，所述第五公式为：RA＝a1DR2+a2DE(DE-a3DR)其中，RA为微动疲劳综合损伤因子，DR为分切应力损伤因子，DE为累积耗散能损伤因子，ai(i＝1,2,3)(ai＞0)为基于微动疲劳试验拟合确定的参数。在本公开的一种示例性实施例中，根据所述微动疲劳综合损伤因子确定镍基单晶合金涡轮叶片榫头的微动疲劳寿命包括：通过第六公式确定微动疲劳寿命，所述第六公式为：RA＝A+blnN其中，N为微动疲劳寿命，RA为微动疲劳综合损伤因子，A，b为实验参数，可通过最小二乘法计算确定。本公开的镍基单晶合金涡轮叶片榫头的微动疲劳寿命预测方法，考虑了接触面应力状态和微动磨损对微动疲劳损伤的影响，提出了镍基单晶合金微动疲劳综合损伤因子，进而预测疲劳寿命。在此过程中，由于镍基单晶合金的力学性能与晶体取向密切相关，而分切应力可以反映镍基单晶合金在微动疲劳状态下易发生晶体滑移的损伤特征，因而分切应力损伤因子可表征微动疲劳损伤；同时，累积耗散能损伤因子与微动磨损密切相关。因此同时考虑晶体取向与微动磨损对微动疲劳损伤的影响，可提高微动疲劳寿命预测的准确性。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本公开实施方式镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法的流程图。图2为本公开实施方式镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法中步骤S130的流程图。图3本公开实施方式镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法中步骤S140的流程图。图4为本公开实施方式镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法中步骤S150的流程图。具体实施方式现在将标准附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳预测方法，其特征在于，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。4.根据权利要求2所述的镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述根据分切应力及材料的屈服强度确定分切应力损伤因子，其中，通过第二公式确定分切应力损伤因子，所述第二公式为：其中，DR为分切应力损伤因子，τ(α)为滑移系α的分切应力，τmin和τmax分别为τ(α)的最小值和最大值，σs为材料的屈服强度，m为材料的损伤系数。5.根据权利要求1所述的镍基单晶合金涡轮叶片榫头微动疲劳预测方法，其特征在于，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包括：根据切向应力以及相对滑移距离确定一点处的耗散能；根据所述耗散能以及能量释放率确定累积耗散能损伤因子。6.根据权利要求5所述的镍基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，孙守义，岳珠峰，杨未柱，何锟，卫靖澜，曾延，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61