一种发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法技术

本公开涉及涡轮叶片技术领域，提供一种发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法，包括：确定所述单晶叶片的温度场；确定所述单晶叶片的应力场；基于热机械疲劳试验确定所述单晶叶片的损伤关键因素；根据所述温度场、所述应力场、所述损伤关键因素、晶体塑性理论以及损伤累计理论确定热机械疲劳损伤预测模型；确定所述单晶叶片的温度和应力的映射关系；根据所述映射关系和所述热机械疲劳损伤预测模型确定所述单晶叶片的热机械疲劳寿命。本公开能够提高寿命评估的效率。

A Rapid Thermomechanical Fatigue Life Assessment Method for Engine Single Crystal Blades

【技术实现步骤摘要】
一种发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法
本公开涉及涡轮叶片
，尤其涉及一种发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法。
技术介绍
单晶叶片是发动机涡轮的关键部件。对单晶叶片的热机械疲劳寿命进行评估是发动机设计过程中的重要步骤。现有技术中，对单晶叶片的热机械疲劳寿命进行评估时，需要进行材料试验、零部件的高周疲劳试验、低循环疲劳试验、整机台架试车试验和飞行试验，其效率较低。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发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法，能够提高寿命评估的效率。根据本公开的一个方面，提供一种发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法，包括：确定所述单晶叶片的温度场；确定所述单晶叶片的应力场；基于热机械疲劳试验确定所述单晶叶片的损伤关键因素；根据所述温度场、所述应力场、所述损伤关键因素、晶体塑性理论以及损伤累计理论确定热机械疲劳损伤预测模型；确定所述单晶叶片的温度和应力的映射关系；根据所述映射关系和所述热机械疲劳损伤预测模型确定所述单晶叶片的热机械疲劳寿命。在本公开的一种示例性实施例中，所述损伤关键因素包括位错结构、空洞和微裂纹的损伤累积以及晶体取向。在本公开的一种示例性实施例中，根据所述温度场、所述应力场、所述损伤关键因素、晶体塑性理论以及损伤累计理论确定热机械疲劳损伤预测模型包括：根据所述温度场、所述应力场、所述损伤关键因素、晶体塑性理论以及损伤累计理论确定热机械疲劳损伤参考预测模型；对所述热机械疲劳损伤参考预测模型进行细化处理，获得热机械疲劳损伤预测模型。在本公开的一种示例性实施例中，根据所述映射关系和所述热机械疲劳损伤预测模型确定所述单晶叶片的热机械疲劳寿命包括：根据所述映射关系和所述热机械疲劳损伤预测模型确定所述单晶叶片的热机械疲劳损伤累积；根据所述单晶叶片的热机械疲劳损伤累积确定所述单晶叶片的热机械疲劳寿命。在本公开的一种示例性实施例中，确定所述单晶叶片的温度场包括：通过瞬态温度分析方法确定所述单晶叶片的温度场。在本公开的一种示例性实施例中，确定所述单晶叶片的温度场包括：通过瞬态对流换热分析方法确定所述单晶叶片的温度场。在本公开的一种示例性实施例中，确定所述单晶叶片的应力场包括：通过瞬态温度分析方法确定所述单晶叶片的应力场。在本公开的一种示例性实施例中，确定所述单晶叶片的应力场包括：通过瞬态对流换热分析方法确定所述单晶叶片的应力场。在本公开的一种示例性实施例中，基于热机械疲劳试验确定所述单晶叶片的损伤关键因素包括：基于热机械疲劳试验，并根据微细观观测技术确定所述单晶叶片的损伤关键因素。在本公开的一种示例性实施例中，基于热机械疲劳试验确定所述单晶叶片的损伤关键因素包括：基于热机械疲劳试验，并根据多尺度模拟方法确定所述单晶叶片的损伤关键因素。本公开的发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法，通过温度场、应力场、损伤关键因素、晶体塑性理论以及损伤累计理论确定热机械疲劳损伤预测模型，基于该热机械疲劳损伤预测模型，并根据温度和应力的映射关系确定单晶叶片的热机械疲劳寿命。由于该热机械疲劳寿命时根据热机械疲劳损伤预测模型确定，从而提高了效率。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。附图说明通过参照附图来详细描述其示例性实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。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为本公开实施方式的发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法的流程图。具体实施方式现在将参考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，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例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没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免模糊本公开的各方面。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。用语“一”和“该”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。本公开实施方式提供一种发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法。该单晶叶片为镍基单晶叶片。如图1所示，该发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法可以包括步骤S110至步骤S160，其中：步骤S110、确定单晶叶片的温度场。步骤S120、确定单晶叶片的应力场。步骤S130、基于热机械疲劳试验确定单晶叶片的损伤关键因素。步骤S140、根据温度场、应力场、损伤关键因素、晶体塑性理论以及损伤累计理论确定热机械疲劳损伤预测模型。步骤S150、确定单晶叶片的温度和应力的映射关系。步骤S160、根据映射关系和热机械疲劳损伤预测模型确定单晶叶片的热机械疲劳寿命。本公开实施方式的发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法，通过温度场、应力场、损伤关键因素、晶体塑性理论以及损伤累计理论确定热机械疲劳损伤预测模型，基于该热机械疲劳损伤预测模型，并根据温度和应力的映射关系确定单晶叶片的热机械疲劳寿命。由于该热机械疲劳寿命时根据热机械疲劳损伤预测模型确定，从而提高了效率。下面对本公开实施方式的步骤进行详细说明：在步骤S110中，确定单晶叶片的温度场。在一实施方式，本公开根据瞬态温度分析方法确定单晶叶片的温度场。具体地，根据瞬态温度分析方法，建立典型工况瞬态温度场分析模型，通过高精度插值算法，确定温度场。在另一实施方式中，本公开根据瞬态对流换热分析方法确定单晶叶片的温度场。具体地，根据瞬态对流换热分析方法，建立典型工况瞬态温度场分析模型，通过高精度插值算法，确定温度场。在步骤S120中，确定单晶叶片的应力场。该应力场是指镍基单晶叶片的任意一点都存在着一个与该点对应的瞬时应力状态。这一系列点的瞬时应力状态可以组成连续的空间应力场。在一实施方式，本公开根据瞬态温度分析方法确定单晶叶片的应力场。在另一实施方式中，本公开根据瞬态对流换热分析方法确定单晶叶片的应力场。在步骤S130中，基于热机械疲劳试验确定单晶叶片的损伤关键因素。基于发动机工作状态，进行不同工况的热机械疲劳试验，根据微细观观测技术或多尺度模拟方法获得损伤关键因素。该不同工况可以包括不同的相位、不同的载荷、不同的温度以及不同的晶体取向。该细微观观测技术可以通过光学显微镜、扫描电镜或透射电镜进行。该损伤关键因素可以包括包括γ′尺寸及形貌、铸造缺陷、位错结构、空洞和微裂纹的损伤累积、晶体取向以及表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法，其特征在于，包括：确定所述单晶叶片的温度场；确定所述单晶叶片的应力场；基于热机械疲劳试验确定所述单晶叶片的损伤关键因素；根据所述温度场、所述应力场、所述损伤关键因素、晶体塑性理论以及损伤累计理论确定热机械疲劳损伤预测模型；确定所述单晶叶片的温度和应力的映射关系；根据所述映射关系和所述热机械疲劳损伤预测模型确定所述单晶叶片的热机械疲劳寿命。

【技术特征摘要】
1.一种发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法，其特征在于，包括：确定所述单晶叶片的温度场；确定所述单晶叶片的应力场；基于热机械疲劳试验确定所述单晶叶片的损伤关键因素；根据所述温度场、所述应力场、所述损伤关键因素、晶体塑性理论以及损伤累计理论确定热机械疲劳损伤预测模型；确定所述单晶叶片的温度和应力的映射关系；根据所述映射关系和所述热机械疲劳损伤预测模型确定所述单晶叶片的热机械疲劳寿命。2.根据权利要求1所述的发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法，其特征在于，所述损伤关键因素包括位错结构、空洞和微裂纹的损伤累积以及晶体取向。3.根据权利要求1所述的发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法，其特征在于，根据所述温度场、所述应力场、所述损伤关键因素、晶体塑性理论以及损伤累计理论确定热机械疲劳损伤预测模型包括：根据所述温度场、所述应力场、所述损伤关键因素、晶体塑性理论以及损伤累计理论确定热机械疲劳损伤参考预测模型；对所述热机械疲劳损伤参考预测模型进行细化处理，获得热机械疲劳损伤预测模型。4.根据权利要求1所述的发动机单晶叶片热机械疲劳寿命快速评估方法，其特征在于，根据所述映射关系和所述热机械疲劳损伤预测模型确定所述单晶叶片的热机械疲劳寿命包括：根据所述映射关系和所述热机械疲劳损伤预测模型确定所述单晶叶片的热...

【专利技术属性】
技术研发人员：温志勋，岳珠峰，谷淑宁，杨艳秋，蒋波，王昭晗，许壮壮，程昊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61