一种双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法技术

本发明专利技术提供了一种双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，属于航空发动机燃油系统故障诊断技术领域。所提供的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法考虑到了双性能粉末盘分区特性及结构参数，将其用于双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命预测，提高了双性能粉末盘疲劳裂纹应力强度因子和裂纹扩展寿命计算精度。纹应力强度因子和裂纹扩展寿命计算精度。纹应力强度因子和裂纹扩展寿命计算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法


[0001]本专利技术属于航空发动机燃油系统故障诊断
，具体涉及一种双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法。

技术介绍

[0002]双性能粉末盘作为一种轮缘和轮毂部位具有不同显微组织的涡轮盘，其特性可满足粉末盘不同工作环境的使用，但双性能粉末盘在不同组织区域材料性能会有所差异，因此，由于材料性能的差异，传统疲劳裂纹扩展寿命计算方法并不能准确计算双性能粉末盘不同位置疲劳裂纹扩展寿命。
[0003]常用疲劳裂纹扩展寿命计算方法为Paris公式：
[0004][0005]式中：C、n为Paris公式参数；
[0006]ΔK为应力强度因子幅值。
[0007]裂纹从初始裂纹a0扩展至临界裂纹a
c
的扩展寿命可由下式结算得到
[0008][0009]双性能粉末盘在不同组织区域裂纹扩展速率曲线(即Paris公式)并不相同，如果在双性能粉末盘不同位置裂纹使用相同的裂纹扩展速率，会造成裂纹扩展寿命产生较大的误差，因此在计算裂纹扩展寿命时需考虑不同晶粒对裂纹扩展速率的影响。
[0010]而计算裂纹扩展寿命必须获得准确的应力强度因子，目前现有的疲劳裂纹应力强度因子计算一般表示为：式中，σ为名义应力；a为裂纹尺寸；Y为形状因子。双性能粉末盘结构复杂，疲劳裂纹受结构因素影响较大，因此形状因子复杂多变，不同结构形状因子表达式有所不同，针对双性能粉末盘，应力强度因子的计算并不能用上述的通用公式来计算。

技术实现思路

[0011]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，所述方法包括如下步骤：
[0012]S1：测量双性能粉末盘疲劳裂纹信息；
[0013]S2：测取细晶区和粗晶区试样的拉伸极限；
[0014]S3：通过有限元方法获取裂纹所在位置应力状态；
[0015]S4：测量裂纹所在位置的双性能粉末盘特征尺寸；
[0016]S5：建立疲劳裂纹形状因子与特征尺寸的函数；
[0017]S6：获取形状因子；
[0018]S7：建立应力强度因子与裂纹尺寸、应力及轮盘结构尺寸的关系式；
[0019]S8：获取I型疲劳裂纹最深处和裂纹靠近自由表面的应力强度因子表达式；
[0020]S9：获得裂纹扩展寿命。
[0021]本专利技术所提供的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，还具有这样的特征，所述裂纹信息包括裂纹尺寸和裂纹位置，所述裂纹尺寸包括裂纹深度和裂纹表面半长。
[0022]本专利技术所提供的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，还具有这样的特征，所述S2还包括在双性能粉末盘沿径向进行取样，取样个数不小于10个，对所取试样进行晶相分析，判断晶粒度，进而判断裂纹所在分区。
[0023]本专利技术所提供的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，还具有这样的特征，所述S4中，双性能粉末盘裂纹位置包括中心孔位置和喉部位置，
[0024]裂纹位于中心孔位置时，特征尺寸包括中心孔半径R和轮毂厚度2W；
[0025]裂纹位于喉部位置时，特征尺寸包括喉部裂纹中心沿轮盘轴向厚度H1和喉部裂纹中心距轮盘槽底距离H2。
[0026]本专利技术所提供的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，还具有这样的特征，所述S5中，
[0027]细晶区中心孔形状因子与特征尺寸满足下式：
[0028][0029]其中，l为裂纹尺寸；
[0030]m1为形状因子结构系数，m1∈[1.5,2]；
[0031]m2为形状因子结构指数，m2∈[0.5,0.8]；
[0032]Y为形状因子基值；
[0033]粗晶区喉部形状因子与特征尺寸满足下式：
[0034][0035]其中，l为裂纹尺寸；
[0036]m3、m4、m5为形状因子结构系数，m3∈[2,2.5]，m4∈[1,1.3]，m5∈[0.5,0.8]；
[0037]Y为形状因子基值。
[0038]本专利技术所提供的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，还具有这样的特征，所述S6包括如下步骤：
[0039]S6.1：在平板试样中引入表面裂纹，通过三维有限元方法计算至少10组裂纹尺寸下的形状因子，裂纹尺寸取值a<0.005R、a<0.005H2、c<0.005W、c<0.005H1；
[0040]S6.2：将S6.1中获得的形状因子取均值，即为形状因子，
[0041]其中，a为裂纹深度、c为裂纹表面半长、H1为喉部裂纹中心沿轮盘轴向厚度、H2为喉部裂纹中心距轮盘槽底距离、W为轮毂厚度的一半、R为中心孔半径。
[0042]本专利技术所提供的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，还具有这样的特征，所述S7中，应力强度因子与裂纹尺寸、应力及轮盘结构尺寸的关系如下：
[0043][0044]其中，X为S4获取的双性能粉末盘特征尺寸、Y为形状因子、σ为通过有限元方法获取的裂纹所在位置应力状态、l为裂纹尺寸。
[0045]本专利技术所提供的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，还具有这样的特征，所述S8中，
[0046]双性能粉末盘细晶区中心孔I型疲劳裂纹最深处和裂纹靠近自由表面的应力强度因子表达式：
[0047][0048]双性能粉末盘粗晶区喉部I型疲劳裂纹最深处和裂纹靠近自由表面的应力强度因子表达式：
[0049][0050]其中，a为裂纹深度、c为裂纹表面半长、H1为喉部裂纹中心沿轮盘轴向厚度、H2为喉部裂纹中心距轮盘槽底距离、W为轮毂厚度的一半、R为中心孔半径、σ为通过有限元方法获取的裂纹所在位置应力状态。
[0051]本专利技术所提供的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，还具有这样的特征，所述S9包括：获取中心孔与喉部的材料拉伸极限σ
b1
、σ
b2
，此时不同组织区域材料性能差异系数为k＝σ
b1
/σ
bi
(i＝1，2)，通过该系数构建不同分区裂纹扩展速率模型：
[0052][0053]此时，中心孔疲劳裂纹扩展寿命为
[0054][0055]喉部疲劳裂纹扩展寿命为
[0056][0057]式中，l为裂纹尺寸；
[0058]X为双性能粉末盘特征尺寸；
[0059]Y为形状因子基值；
[0060]m1为形状因子结构系数，m1∈[1.5,2]；
[0061]m2为形状因子结构指数，m2∈[0.5,0.8]；
[0062]m3、m4、m5为形状因子结构系数，m3∈[2,2.5]，m4∈[1,1.3]，m5∈[0.5,0.8]。
[0063]有益效果
[0064]本专利技术所提供的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法考虑到了双性能粉末盘分区特性及结构参数，将其用于双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：测量双性能粉末盘疲劳裂纹信息；S2：测取细晶区和粗晶区试样的拉伸极限；S3：通过有限元方法获取裂纹所在位置应力状态；S4：测量裂纹所在位置的双性能粉末盘特征尺寸；S5：建立疲劳裂纹形状因子与特征尺寸的函数；S6：获取形状因子；S7：建立应力强度因子与裂纹尺寸、应力及轮盘结构尺寸的关系式；S8：获取I型疲劳裂纹最深处和裂纹靠近自由表面的应力强度因子表达式；S9：获得裂纹扩展寿命。2.根据权利要求1所述的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，所述裂纹信息包括裂纹尺寸和裂纹位置，所述裂纹尺寸包括裂纹深度和裂纹表面半长。3.根据权利要求1所述的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，所述S2还包括在双性能粉末盘沿径向进行取样，取样个数不小于10个，对所取试样进行晶相分析，判断晶粒度，进而判断裂纹所在分区。4.根据权利要求1所述的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，所述S4中，双性能粉末盘裂纹位置包括中心孔位置和喉部位置，裂纹位于中心孔位置时，特征尺寸包括中心孔半径R和轮毂厚度2W；裂纹位于喉部位置时，特征尺寸包括喉部裂纹中心沿轮盘轴向厚度H1和喉部裂纹中心距轮盘槽底距离H2。5.根据权利要求1所述的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，所述S5中，细晶区中心孔形状因子与特征尺寸满足下式：其中，l为裂纹尺寸；m1为形状因子结构系数，m1∈[1.5,2]；m2为形状因子结构指数，m2∈[0.5,0.8]；Y为形状因子基值；粗晶区喉部形状因子与特征尺寸满足下式：其中，l为裂纹尺寸；m3、m4、m5为形状因子结构系数，m3∈[2,2.5]，m4∈[1,1.3]，m5∈[0.5,0.8]；Y为形状因子基值。6.根据权利要求1所述的双性能粉末盘疲劳裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，所述S6包括如下步骤：S6.1：在平板试样中引入表面裂纹，通过三维有限元方法计算至少10组裂纹尺寸下的
形状...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝永振，潘容，王永明，王春健，许文昌，黄顺洲，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：