一种基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法技术

本申请属于疲劳寿命计算领域，特别涉及一种基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法。包括：获取在限制载荷工况作用下轮盘的应力或应变分布；在轮盘的特征部位预制初始裂纹，并计算在限制载荷工况作用下，初始裂纹前缘的应力强度因子分布曲线；根据第一裂纹扩展计划，当裂纹前缘的应力强度因子达到材料的断裂韧度Kc时终止扩展，得到裂纹扩展形貌以及应力强度因子分布曲线；获取I类循环峰值载荷工况作用下轮盘的应力或应变分布；计算在I类循环峰值载荷工况作用下，对应裂纹扩展形貌下的应力强度因子最大值K

【技术实现步骤摘要】
一种基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法


[0001]本申请属于疲劳寿命计算领域，特别涉及一种基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法。

技术介绍

[0002]航空发动机轮盘是航空发动机结构中最为重要的关键件，造成其失效的最主要的模式是低循环疲劳损伤，其在使用中一旦发生破坏，会造成非包容性的后果，进而危及飞行器的安全。因此，在航空发动机设计中，航空发动机轮盘一般作为限制寿命件进行设计。在设计中，要考虑由于材料制备、毛坯成型、制造加工、装配运输以及使用中产生的缺陷或者裂纹对轮盘使用寿命的影响，需要开展典型任务下的疲劳裂纹扩展分析，判断从初始缺陷扩展到临界裂纹尺寸下的裂纹扩展寿命是否满足航空发动机检修间隔的要求。
[0003]目前国内航空发动机轮盘裂纹扩展分析和验证中，通过基于任务剖面的分析，获得I类(0～最大～0)、III类(慢车～最大～慢车)和IV类(巡航～最大～巡航)循环及其循环数，并根据等损伤方法或者按照1：4：40折算方法，得到对应I类循环的当量循环次数，通过对轮盘在I类循环载荷下的疲劳裂纹扩展分析，获得疲劳裂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，包括：步骤一、获取限制载荷工况，以及在所述限制载荷工况作用下轮盘的应力或应变分布；步骤二、在轮盘的特征部位预制初始裂纹，并计算在所述限制载荷工况作用下，初始裂纹前缘的应力强度因子分布曲线；步骤三、获取第一裂纹扩展计划，并根据所述第一裂纹扩展计划，在所述限制载荷工况作用下进行裂纹扩展，当裂纹前缘的应力强度因子达到材料的断裂韧度Kc时终止扩展，得到裂纹终止扩展时的裂纹扩展形貌以及对应裂纹前缘的应力强度因子分布曲线；步骤四、获取I类循环峰值载荷工况，以及在所述I类循环峰值载荷工况作用下轮盘的应力或应变分布；步骤五、计算在所述I类循环峰值载荷工况作用下，对应所述裂纹扩展形貌下的裂纹前缘的应力强度因子分布曲线，并得到裂纹前缘的应力强度因子最大值K
′
C
；步骤六、获取第二裂纹扩展计划，并根据所述第二裂纹扩展计划，在所述I类循环峰值载荷工况作用下进行裂纹扩展，当裂纹前缘的应力强度因子达到K
′
C
时终止扩展，得到指定裂纹扩展路径下裂纹扩展长度和对应应力强度因子的关系曲线，结合裂纹扩展速率模型，计算得到裂纹扩展长度与扩展寿命曲线，根据裂纹扩展寿命曲线，获得裂纹扩展寿命。2.根据权利要求1所述的基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，步骤一中，所述获取限制载荷工况，以及在所述限制载荷工况作用下轮盘的应力或应变分布，包括：获取限制载荷工况：转速n＝15000r/min，轮缘受到的叶片离心拉应力为450Mpa；利用线弹性有限元方法得到在所述限制载荷工况作用下轮盘盘心区域的周向应力分布。3.根据权利要求2所述的基于应力强度因子临界值的轮盘裂纹扩展寿命计算方法，其特征在于，步骤二中，所述初始裂纹的大小为：对于表面裂纹，初始裂纹大小为：长度
×
深度＝0.76mm
×
0.38mm；对于角裂纹，初始裂纹大小为：长度
×
深度＝0.38mm
×
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭秩维，李昀睿，胡绪腾，曹航，蔚夺魁，宋洋，唐雪鹤，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：