鎳基單晶合金應力弱化損傷與低周疲勞研究.pdf

1、鎳基單晶高溫合金具有良好的高溫抗疲勞和蠕變性能，是制造航空渦輪發(fā)動機葉片的重要材料。航空發(fā)動機渦輪葉片工作在高溫、高壓和高轉速的環(huán)境中，受到疲勞載荷作用，疲勞斷裂是引起葉片失效的主要原因之一，同時由于離心力的作用，葉片將承受非對稱循環(huán)載荷下的應力弱化損傷。因此研究鎳基單晶高溫合金在非對稱循環(huán)載荷下的低周疲勞循環(huán)特性和應力松弛行為，建立工程實用的疲勞壽命預測模型，對航空發(fā)動機葉片的疲勞強度設計具有理論指導意義和應用價值。
　　首先，

2、本文基于DD3鎳基單晶高溫合金單軸拉/壓和多軸拉/扭非對稱循環(huán)加載低周疲勞試驗，對試驗獲得數(shù)據進行分析處理，繪制并分析不同晶體取向、不同溫度、不同加載路徑下的應力-循環(huán)次數(shù)曲線和軸向/切向應力應變曲線，研究材料在不同載荷相位角、應變加載路徑和溫度下的循環(huán)硬化、軟化特性，發(fā)現(xiàn)在高溫非對稱循環(huán)載荷下會出現(xiàn)比較明顯的應力松弛行為，從而發(fā)生應力弱化損傷，對疲勞壽命產生影響。
　　其次，采用參數(shù)化程序設計語言APDL編寫命令流，對光滑圓柱試

3、樣進行單軸拉/壓和薄壁圓筒進行拉/扭數(shù)值模擬，獲得應力應變響應曲線，與試驗結果進行對比分析。基于鎳基單晶高溫合金的微觀結構特征，建立了γ/γ’雙相微觀多胞元力學模型，避免了單胞元模型進行多軸非對稱循環(huán)位移加載數(shù)值模擬時邊界應力出現(xiàn)的畸變效應，驗證多胞模型的合理性，并運用該模型對材料的應力松弛行為進行數(shù)值模擬，分析材料的破壞機理，表明基體相最先發(fā)生破壞。
　　通過深入研究單晶合金應力松弛行為，創(chuàng)新性提出了表征鎳基單晶合金應力弱化損傷

4、的參量F，通過相關性分析得出它與疲勞壽命之間呈指數(shù)函數(shù)關系。基于能量耗散理論，由Mises等效應變范圍、單晶合金應力三軸性因子和晶體取向函數(shù)構造循環(huán)塑性應變能作為損傷參量，建立了疲勞壽命預測模型。利用單、多軸低周疲勞試驗數(shù)據對模型進行多元線性回歸分析，表明模型與試驗壽命之間具有較高的相關性，所有的試驗數(shù)據都落在2.0倍偏差分布帶之內。分別采用宏觀模型和微觀單、多胞模型對疲勞壽命進行預測，表明微觀胞元模型的精度最高。
　　最后，對全