本文關(guān)鍵詞：離心壓縮機葉片材料FV520B-I的超高周疲勞壽命研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高強度鋼FV520B-I被廣泛用于壓縮機葉片的生產(chǎn)與制造,葉片也是設(shè)備發(fā)生故障比較集中的位置,疲勞壽命要求達到109以上,屬于超高周疲勞范圍。大量的疲勞實驗證明,在零部件實際的使用過程中,內(nèi)部夾雜物是引起超高周疲勞失效的主要原因,隨著循環(huán)載荷的不斷作用,內(nèi)部非金屬夾雜物導(dǎo)致疲勞裂紋萌生并擴展,使得FV520B-Ⅰ的疲勞性能降低,最終發(fā)生破壞。這種破壞是不可逆的,并且沒有任何征兆,將會造成極大的危害。然而目前尚未建立針對FV520B-Ⅰ的超高周疲勞壽命預(yù)測模型,相關(guān)數(shù)據(jù)也十分匱乏。因此首先明確離心壓縮機工作時的受力情況,分析FV520B-Ⅰ的疲勞性能、疲勞強度,建立一個針對存在內(nèi)部非金屬夾雜物情況的FV520B-Ⅰ的疲勞壽命的預(yù)測模型是一個重要的研究課題。本文首先針對大型離心壓縮機在實際工況中的三種工作狀態(tài)進行了定性的模擬分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在葉片前端與蓋盤和底盤的接觸位置應(yīng)力較大,屬于發(fā)生疲勞失效的危險位置。然后采用超聲疲勞系統(tǒng)對FV520B-Ⅰ試件進行了疲勞試驗,得到了疲勞壽命等實驗數(shù)據(jù)。采用掃描電鏡顯微鏡和光學(xué)顯微鏡對試件斷口進行觀察,并測量夾雜物尺寸,以實驗應(yīng)力幅值與疲勞壽命為基礎(chǔ)得到FV520B-Ⅰ的S-N曲線,為后續(xù)疲勞壽命預(yù)測模型的建立打下基礎(chǔ)。觀察發(fā)現(xiàn)明顯的GBF (Granular Bright Facet)區(qū)和“魚眼”區(qū)特征,表明了在超高周疲勞情況下內(nèi)部夾雜物與氫元素對疲勞性能的影響。以斷裂力學(xué)為理論基礎(chǔ),根據(jù)已有的比較成熟的理論,將夾雜物等效為疲勞裂紋處理,根據(jù)應(yīng)力強度因子與應(yīng)力強度因子幅值的關(guān)系,建立了疲勞強度與夾雜物尺寸的關(guān)系。結(jié)合氫元素以及應(yīng)力比r對疲勞強度的影響,對疲勞強度進行了修正,修正后的模型與實驗結(jié)果相吻合。最后在經(jīng)典微觀位錯、能量理論和Paris公式的基礎(chǔ)上,將疲勞裂紋萌生壽命模型和擴展壽命模型進行整合,確定了基于內(nèi)部夾雜物的超高周疲勞壽命預(yù)測模型。根據(jù)疲勞實驗數(shù)據(jù)對模型中與材料相關(guān)的參數(shù)進行了擬合,得到了針對FV520B-I的疲勞壽命預(yù)測模型,并將實驗數(shù)據(jù)與預(yù)測結(jié)果進行了比較,誤差均在可以接受的范圍。該模型以夾雜物尺寸為變量,考慮了氫元素以及應(yīng)力比的影響,因此可以用于FV520B-I存在內(nèi)部非金屬夾雜物情況下的疲勞壽命預(yù)測。對FV520B-I的疲勞特性的研究是一項理論上有難度、實踐性很強,同時又具有重要的社會意義和經(jīng)濟價值的工作。
【關(guān)鍵詞】：疲勞壽命 疲勞強度 夾雜物 FV520B-Ⅰ 離心壓縮機
【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】：2015
【分類號】：TH452
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 研究背景與意義9-11
• 1.2 超高周疲勞壽命預(yù)測研究發(fā)展11-12
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容12-14
• 2 大型離心壓縮機葉片的氣動載荷分析14-23
• 2.1 旋轉(zhuǎn)失速以及喘振發(fā)生的機理14-15
• 2.2 不同狀態(tài)下壓縮機葉片氣動載荷分析15-18
• 2.2.1 常工作狀態(tài)下的氣動載荷分析15-17
• 2.2.2 旋轉(zhuǎn)失速的氣動載荷分析17-18
• 2.2.3 喘振狀態(tài)下的葉輪葉片氣動載荷分析18
• 2.3 不同狀態(tài)下壓縮機葉片應(yīng)力分析18-22
• 2.3.1 壓縮機自身離心力產(chǎn)生的應(yīng)力分析18-19
• 2.3.2 常工作狀態(tài)下的壓縮機葉片應(yīng)力分析19
• 2.3.3 葉片正常工作狀態(tài)下疲勞裂紋應(yīng)力分析19-20
• 2.3.4 旋轉(zhuǎn)失速狀態(tài)下壓縮機葉片應(yīng)力分析20-21
• 2.3.5 喘振狀態(tài)下的葉片應(yīng)力分析21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 3 疲勞失效機理分析與疲勞實驗23-42
• 3.1 疲勞分析基本參數(shù)23-26
• 3.1.1 應(yīng)力強度因子23-24
• 3.1.2 斷裂韌度24-26
• 3.1.3 應(yīng)力強度因子門檻值26
• 3.2 疲勞失效機理分析26-30
• 3.2.1 疲勞裂紋萌生機理26-28
• 3.2.2 疲勞裂紋擴展機理28-30
• 3.3 超聲疲勞實驗30-41
• 3.3.1 超聲疲勞實驗設(shè)備及原理30-33
• 3.3.2 實驗結(jié)果33-36
• 3.3.3 超聲疲勞實驗斷口分析36-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 4 疲勞強度分析42-52
• 4.1 影響疲勞強度的因素42-43
• 4.2 應(yīng)力狀態(tài)對疲勞強度的影響43-46
• 4.2.1 應(yīng)力集中對疲勞強度的影響43-44
• 4.2.2 平均應(yīng)力與應(yīng)力幅值對疲勞強度的影響44-45
• 4.2.3 應(yīng)力比對疲勞強度的影響45-46
• 4.3 內(nèi)部存在非金屬夾雜物情況下的疲勞強度46-47
• 4.3.1 夾雜物對疲勞強度的影響46
• 4.3.2 疲勞強度與內(nèi)部夾雜物關(guān)系46-47
• 4.4 超高周疲勞強度47-51
• 4.4.1 GBF區(qū)對疲勞強度的影響47-49
• 4.4.2 考慮氫元素影響的疲勞強度σw49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 5 FV520B-I超高周疲勞壽命預(yù)測52-63
• 5.1 壽命預(yù)測理論以及模型52-55
• 5.1.1 疲勞壽命分析理論52-53
• 5.1.2 疲勞壽命預(yù)測模型分析53-55
• 5.2 針對葉輪葉片材料FV520B-I的壽命預(yù)測模型55-61
• 5.2.1 疲勞裂紋萌生模型56-57
• 5.2.2 疲勞裂紋擴展模型57-58
• 5.2.3 FV520B-I疲勞壽命計算模型58-61
• 5.3 疲勞壽命模型驗證與誤差分析61-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻64-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況70-71
• 致謝71-72

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  本文關(guān)鍵詞：離心壓縮機葉片材料FV520B-I的超高周疲勞壽命研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：308404