【摘要】：高強(qiáng)度鋼FV520B-I被應(yīng)用于各類大型機(jī)械設(shè)備的核心部件的制造,例如離心壓縮機(jī)的葉片。以實(shí)際工況中的壓縮機(jī)葉片為例,其疲勞壽命為10-20年,經(jīng)過疲勞分析為超高周疲勞。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),損傷是影響超高周疲勞性能最明顯的因素,包括表面粗糙度以及內(nèi)部夾雜物等都是容易引起疲勞失效的位置。損傷的存在使得材料或者零部件的疲勞強(qiáng)度降低,這個(gè)過程中還伴隨著實(shí)際工況中的應(yīng)力比等因素的綜合影響,最終導(dǎo)致疲勞壽命減小并發(fā)生不可逆的疲勞失效。雖然在疲勞研究領(lǐng)域已經(jīng)提出了各類疲勞壽命預(yù)測模型以及疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式,也建立了比較成熟的理論,但是目前還沒有針對FV520B-I開展不同損傷形式的疲勞性能研究。同時(shí)針對實(shí)際工況參數(shù)影響下的FV520B-I疲勞性能研究也沒有得到廣泛的開展,不能為理論研究以及實(shí)際應(yīng)用提供有效的研究依據(jù)。本文將結(jié)合成熟理論與疲勞實(shí)驗(yàn)研究影響FV520B-I疲勞壽命以及疲勞強(qiáng)度的各類因素,建立考慮表面粗糙度和內(nèi)部夾雜物兩種損傷的疲勞壽命以及疲勞強(qiáng)度計(jì)算模型,為實(shí)際工況中的FV520B-I及相關(guān)零部件的疲勞分析和再制造提供理論依據(jù),豐富FV520B-I的疲勞研究。本文首先從疲勞理論的研究背景出發(fā),了解現(xiàn)階段的疲勞研究取得的成果,明確針對FV520B-I疲勞研究的意義。其次,從疲勞實(shí)驗(yàn)出發(fā),開展了FV520B-I的疲勞實(shí)驗(yàn),得到了疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),包括應(yīng)力幅值和疲勞壽命,從而得到應(yīng)力-壽命曲線。并針對試件斷口以及表面進(jìn)行分析,得到相應(yīng)的夾雜物尺寸和表面粗糙度值,為后續(xù)的研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。進(jìn)一步以離心壓縮機(jī)實(shí)際工況為基礎(chǔ)建立有限元模型,分析葉片存在疲勞裂紋情況下的應(yīng)力分布,為后續(xù)建立疲勞強(qiáng)度模型打下基礎(chǔ)。第三章中結(jié)合實(shí)際壓縮機(jī)葉片工作的實(shí)際參數(shù)分析了影響金屬材料疲勞壽命和疲勞強(qiáng)度的各類因素,明確了各個(gè)參數(shù)對疲勞強(qiáng)度的影響機(jī)制,根據(jù)經(jīng)典疲勞理論得到了應(yīng)力比以及尺寸變化對疲勞強(qiáng)度影響的修正參數(shù)具體表達(dá)式。針對表面粗糙度影響系數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),明確了不同表面粗糙度時(shí)的粗糙度系數(shù)。第四章和第五章中分別以表面粗糙度和內(nèi)部非金屬夾雜物為主要研究對象建立表面粗糙度和內(nèi)部非金屬夾雜物與疲勞強(qiáng)度以及疲勞壽命之間的計(jì)算模型。并針對表面粗糙度影響情況開展了補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)來證明模型的精確性。進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際的工況參數(shù)確定應(yīng)力比、氫元素等影響參數(shù)的具體值。并根據(jù)疲勞實(shí)驗(yàn)中的工況進(jìn)行了考慮內(nèi)部非金屬夾雜物情況下相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度以及疲勞壽命計(jì)算,驗(yàn)證了疲勞強(qiáng)度計(jì)算模型的適用性。
[Abstract]:High strength steel FV520B-I is used in the manufacture of core components of large mechanical equipment, such as centrifugal compressor blades. The fatigue life of compressor blade is 10-20 years, which is analyzed as ultra-high cycle fatigue. It is found that the damage is the most obvious factor affecting the fatigue performance of ultra-high cycle, including the surface roughness and internal inclusions, which are easy to cause fatigue failure. The existence of damage reduces the fatigue strength of the material or parts, which is accompanied by the comprehensive influence of the stress ratio in the actual working conditions, which ultimately leads to the reduction of fatigue life and the occurrence of irreversible fatigue failure. Although various fatigue life prediction models and fatigue strength calculation formulas have been put forward in the field of fatigue research, and more mature theories have been established, there is no research on fatigue performance of different damage forms of FV520B-I at present. At the same time, the research on fatigue properties of FV520B-I under the influence of actual working condition parameters has not been widely carried out, which can not provide an effective research basis for theoretical research and practical application. In this paper, the fatigue life and fatigue strength of FV520B-I are studied with mature theory and fatigue experiment, and the fatigue life and fatigue strength calculation model considering surface roughness and internal inclusions are established. It provides theoretical basis for fatigue analysis and remanufacture of FV520B-I and related parts in actual working conditions, and enriches the fatigue research of FV520B-I. Based on the research background of fatigue theory, this paper first understands the achievements of fatigue research at the present stage, and clarifies the significance of FV520B-I fatigue research. Secondly, the fatigue experiment of FV520B-I is carried out, and the fatigue test data, including the stress amplitude and fatigue life, are obtained, and the stress-life curve is obtained. Based on the analysis of the fracture and surface of the specimen, the inclusion size and the surface roughness are obtained, which provides the data basis for further research. The finite element model is established on the basis of the actual condition of centrifugal compressor, and the stress distribution in the presence of fatigue crack is analyzed, which lays the foundation for the subsequent establishment of fatigue strength model. In chapter 3, the factors affecting fatigue life and fatigue strength of metal materials are analyzed according to the actual working parameters of compressor blades, and the influence mechanism of each parameter on fatigue strength is clarified. According to the classical fatigue theory, the modified parameter expression of the effect of stress ratio and size change on fatigue strength is obtained. The influence coefficient of surface roughness is tested, and the roughness coefficient of different surface roughness is determined. In the fourth and fifth chapters, the surface roughness and internal non-metallic inclusions are taken as the main research objects, respectively, and the calculation models between surface roughness and internal non-metallic inclusions, fatigue strength and fatigue life are established. A supplementary experiment was carried out to prove the accuracy of the model according to the influence of surface roughness. Furthermore, the specific values of the stress ratio, hydrogen element and other influencing parameters are determined according to the actual operating condition parameters. The fatigue strength and fatigue life are calculated under the condition of internal non-metallic inclusions, and the applicability of the fatigue strength calculation model is verified.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2164052