一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法技术

本发明专利技术公开了一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法，包括如下步骤：分别进行材料高温拉伸试验、材料高温蠕变试验、两级变温变载蠕变试验，基于两级变温变载蠕变损伤累积模型，计算得到蠕变损伤累积模型中参数p的值；根据多级变温变载蠕变载荷非线性损伤累积模型，利用参数p的值，计算多级变温变载蠕变载荷谱所造成的损伤D，基于损伤D一致原则，将多级变温变载蠕变载荷谱转化为一级最大蠕变载荷的等效加速谱，最终编制得到变温变载蠕变等效加速谱。本发明专利技术可以将大量小的蠕变载荷按照损伤等效的原则折算到大的蠕变载荷状态，极大节省蠕变试验时间。

【技术实现步骤摘要】
一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法
本专利技术涉及一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法，属于高温结构强度与完整性领域。
技术介绍
随着航空技术的发展，航空发动机的寿命不断延长，目前军用发动机的寿命已经达到6000小时，而民用航空发动机的寿命更是长达上万小时。传统全寿命试车方法已经远远满足不了试车需求，进行一次全寿命试车将花费数月甚至数年，存在成本高、周期长等弊端。因此，必须要在全寿命试车谱的基础上编制得到加速谱。对于航空发动机涡轮叶片、轮盘、喷嘴环等关键件，经常承受变温变载蠕变载荷的影响，并最终产生蠕变损伤，导致断裂。因此，在编制加速谱时，必须将长时间的变温变载蠕变载荷等效折算到大的蠕变载荷状态，从而缩短试车时间。但是目前存在的蠕变载荷等效折算方法普遍存在精度低，方法繁杂，没有充足的科学依据等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法，以更为简单精确地编制变温变载蠕变等效加速谱。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法，包括如下步骤：步骤1，通过材料高温拉伸试验获得不同温度Ti下对应的抗拉强度σbi，其中i＝1,2,3......,n；步骤2，通过材料高温蠕变试验获得在不同的应力温度(σi,Ti)组合下对应的蠕变断裂时间tfi；步骤3，通过两级变温变载蠕变试验获得每级载荷对应的蠕变持续时间ti；步骤4，基于两级变温变载蠕变损伤累积模型，结合步骤1得到的抗拉强度σb1、σb2，步骤2得到的蠕变断裂时间tf1、tf2，步骤3得到的蠕变持续时间t1、t2，计算得到蠕变损伤累积模型中参数P的值；步骤5，根据多级变温变载蠕变载荷非线性损伤累积模型，利用步骤4得到的参数P的值，计算多级变温变载蠕变载荷谱所造成的损伤D，基于损伤D一致原则，将多级变温变载蠕变载荷谱转化为一级最大蠕变载荷的等效加速谱，最终编制得到变温变载蠕变等效加速谱。所述步骤1中，材料高温拉伸试验在电液伺服疲劳试验机上进行。所述步骤2中，材料高温蠕变试验在蠕变试验机上进行，进行一系列不同应力温度(σi,Ti)组合下的材料高温蠕变试验。所述步骤3中，根据高温蠕变试验结果，在蠕变试验机上进行两级变温变载蠕变试验，直到发生断裂，记录下每级载荷对应的蠕变持续时间ti。所述步骤4中，两级变温变载蠕变损伤累积模型为：其中，所述步骤4中，P取多组试验下的平均值。所述步骤5中，多级变温变载蠕变载荷非线性损伤累积模型为：其中，所述步骤5中，设多级变温变载蠕变载荷谱中蠕变载荷最大状态为(σ2,T2)，则根据损伤D等效的原则，即：将其它较小的蠕变载荷状态等效加速到蠕变载荷最大的(σ2,T2)状态，原多级变温变载蠕变载荷谱的持续时间可由t1+t2+…+tn加速到蠕变等效加速谱的tequal，从而编制得到变温变载蠕变等效加速谱。有益效果：本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点：1、本专利技术提出的一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法，只需进行高温拉伸试验、高温蠕变试验以及一定数量的变温变载蠕变试验，获得对应温度下的抗拉强度σbi、对应应力温度下的蠕变断裂时间tfi以及各级载荷作用的蠕变持续时间ti，所需参数少，试验简单，成本低；2、本专利技术提出的一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法，采用了非线性蠕变损伤累积模型，基于损伤等效的原则编制蠕变等效加速谱；3、本专利技术提出的一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法，可应用于工程中常见的金属、合金等材料，适用性强，具有极强的推广性。附图说明图1是多级变温变载蠕变载荷谱；图2是变温变载蠕变等效加速谱；图3是两级变温变载蠕变载荷谱；图4是三级变温变载蠕变载荷谱；图5是编制的变温变载蠕变等效加速谱。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。本专利技术的一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法，包括如下步骤：步骤1，通过材料高温拉伸试验获得不同温度Ti下对应的抗拉强度σbi，其中i＝1,2,3......,n。步骤2，通过进行一系列不同应力温度(σi,Ti)组合下的材料高温蠕变试验，获得在不同的应力温度(σi,Ti)组合下对应的蠕变断裂时间tfi。步骤3，根据高温蠕变试验结果，在蠕变试验机上进行两级变温变载蠕变试验，直到发生断裂，记录下每级载荷对应的蠕变持续时间ti。步骤4，基于两级变温变载蠕变损伤累积模型：其中，结合步骤1得到的抗拉强度σb1、σb2，步骤2得到的蠕变断裂时间tf1、tf2，步骤3得到的蠕变持续时间t1、t2，并利用两级变温变载蠕变试验中施加的应力σ1、σ2，将σb1、σb2、tf1、tf2、t1、t2、σ1、σ2代入到两级变温变载蠕变损伤累积模型中，求得指数项中参数p的值。为减小材料数据分散性引起的误差，可开展一定数量的两级变温变载蠕变试验(例如开展三组两级变温变载蠕变试验)，进而得到不同的参数p的值，最终对参数p值取平均值作为终值。步骤5，基于多级变温变载蠕变载荷非线性损伤累积模型：其中利用步骤4得到的参数p值，将该p值代入多级变温变载蠕变载荷非线性损伤累积模型，则可以计算如图1所示的多级变温变载蠕变载荷谱造成的损伤D。设多级变温变载蠕变载荷谱中蠕变载荷最大状态为(σ2,T2)，则根据损伤D等效的原则，即：将其他较小的蠕变载荷状态等效加速到蠕变载荷最大的(σ2,T2)状态。原多级变温变载蠕变载荷谱的持续时间可由t1+t2+…+tn加速到蠕变等效加速谱的tequal，从而编制得到变温变载蠕变等效加速谱，如图2所示。其中，材料高温拉伸试验在电液伺服疲劳试验机上进行，材料高温蠕变试验、两级变温变载蠕变试验在蠕变试验机上进行。两级变温变载蠕变试验采用人工手动或电脑控制方式实现应力和温度的变化。材料高温拉伸试验目的在于获得材料在温度Ti下对应的抗拉强度σbi。料高温蠕变试验分别在一系列不同的应力温度(σi,Ti)组合条件下进行，直到材料发生蠕变断裂，获得在不同应力温度(σi,Ti)条件下对应的蠕变断裂时间tfi。材料变温变载蠕变试验在蠕变试验机上进行，开展一定数量的两级应力温度组合下的变温变载蠕变试验，每一级温度应力(σi,Ti)组合下的蠕变持续时间为ti，直到材料发生蠕变断裂。所施加的两级变温变载蠕变载荷谱如图3所示。下面结合实施例做进一步说明。实施例在本实施例中，将本专利技术提出的变温变载蠕变等效加速谱编制方法应用到X8CrNiMoNb-16-16材料蠕变等效加速谱编制中，包括以下步骤：(1)在700℃下进行X8CrNiMoNb-16-16材料高温拉伸试验，得到700℃下的抗拉强度σb＝313MPa。(2)在700℃下分别进行应力为σ1＝150MPa和σ2＝170MPa的高温蠕变试验，得到对应的蠕变断裂时间，记为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤1，通过材料高温拉伸试验获得不同温度T

【技术特征摘要】
1.一种变温变载蠕变等效加速谱编制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，通过材料高温拉伸试验获得不同温度Ti下对应的抗拉强度σbi，其中i＝1,2,3......,n；
步骤2，通过材料高温蠕变试验获得在不同的应力温度(σi,Ti)组合下对应的蠕变断裂时间tfi；
步骤3，通过两级变温变载蠕变试验获得每级载荷对应的蠕变持续时间ti；
步骤4，基于两级变温变载蠕变损伤累积模型，结合步骤1得到的抗拉强度σb1、σb2，步骤2得到的蠕变断裂时间tf1、tf2，步骤3得到的蠕变持续时间t1、t2，计算得到蠕变损伤累积模型中参数p的值；
步骤5，根据多级变温变载蠕变载荷非线性损伤累积模型，利用步骤4得到的参数p的值，计算多级变温变载蠕变载荷谱所造成的损伤D，基于损伤D一致原则，将多级变温变载蠕变载荷谱转化为一级最大蠕变载荷的等效加速谱，最终编制得到变温变载蠕变等效加速谱。


2.根据权利要求1所述的变温变载蠕变等效加速谱编制方法，其特征在于：所述步骤1中，材料高温拉伸试验在电液伺服疲劳试验机上进行。


3.根据权利要求1所述的变温变载蠕变等效加速谱编制方法，其特征在于：所述步骤2中，材料高温蠕变试验在蠕变试验机上进行，进行一系列不同应力温度(σi,Ti)组合下的材料高温蠕变试验。


4.根据权利要求1所述的变温变载蠕...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋迎东，赵旭，孙志刚，牛序铭，常亚宁，彭秋洪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32