【摘要】：葉片作為汽輪機(jī)核心部件之一,在服役過程中其葉根部位通常承受較大的脈動交變載荷作用,易發(fā)生低周疲勞破壞。由于塑性屈服,葉根缺口會出現(xiàn)平均應(yīng)力循環(huán)松弛,因此,給葉片的抗疲勞設(shè)計(jì)與壽命預(yù)測帶來了新的挑戰(zhàn)。本文主要結(jié)合某新型葉片的抗疲勞設(shè)計(jì)需求,開展了葉根材料與葉根模擬件的低周疲勞試驗(yàn)。針對葉根缺口真實(shí)力學(xué)響應(yīng),采用局部應(yīng)力應(yīng)變法研究建立了一種可考慮葉根缺口平均應(yīng)力松弛行為的葉片低周疲勞壽命預(yù)測新方法。為該型葉片的抗疲勞設(shè)計(jì)和服役安全性評估提供更為精確的定壽方法。因此,具有重要的理論和工程實(shí)際意義。本文首先開展了應(yīng)變比R=0條件下葉根材料(0CrXXX)光滑試樣的低周疲勞試驗(yàn),獲得了該材料的循環(huán)硬化/軟化特征與低周疲勞特性。結(jié)果表明:當(dāng)作用應(yīng)變幅較大時,葉根材料先硬化,隨后持續(xù)軟化;而當(dāng)應(yīng)變幅較小時,材料先硬化,之后緩慢軟化,最后趨于循環(huán)穩(wěn)定。結(jié)合葉根材料的循環(huán)應(yīng)力響應(yīng),本文進(jìn)一步研究了不同應(yīng)變幅下材料的平均應(yīng)力松弛行為。結(jié)果表明:在非對稱疲勞載荷作用下,葉根材料出現(xiàn)顯著的平均應(yīng)力松弛,且隨應(yīng)變幅增大松弛速率迅速增加�；贚andgraf應(yīng)力松弛模型,本文獲得了疲勞過程中葉根材料的平均應(yīng)力松弛描述模型。為了確定葉根缺口處的局部應(yīng)變響應(yīng),本文分別采用應(yīng)變電測法、彈塑性有限元法和近似計(jì)算公式,對葉根缺口部位的變形情況進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:葉根的三個缺口均存在應(yīng)力集中。其中,頸截面最寬的缺口為整個葉根構(gòu)件的最危險部位,需要重點(diǎn)關(guān)注。通過將葉根缺口應(yīng)變近似計(jì)算結(jié)果與應(yīng)變測試值及彈塑性有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,進(jìn)一步證明了采用“統(tǒng)一法”近似公式可獲得與應(yīng)變測試及彈塑性有限元基本一致的局部應(yīng)變值。因此,該近似公式可應(yīng)用于葉根缺口的局部應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算。本文針對某型葉片葉根模擬件,進(jìn)一步開展了脈動載荷下的低周疲勞試驗(yàn),獲得了葉根構(gòu)件的低周疲勞特性與裂紋萌生壽命。結(jié)果表明:葉根疲勞裂紋最先在頸截面最寬的缺口位置產(chǎn)生,而裂紋萌生壽命約占葉根總壽命的78%-93%;在雙對數(shù)坐標(biāo)下葉根疲勞壽命與作用載荷之間呈良好的線性關(guān)系,可采用Basquin方程對其進(jìn)行定量描述。基于葉根材料的低周疲勞力學(xué)行為與葉根缺口真實(shí)變形響應(yīng),本文采用局部應(yīng)變法研究建立了一種考慮葉根缺口平均應(yīng)力松弛行為的低周疲勞壽命預(yù)測新方法。并結(jié)合葉根模擬件的低周疲勞試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了上述方法的預(yù)測精度。結(jié)果表明:本文建立的葉根疲勞壽命預(yù)測方法的預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)值之比在2倍分散帶以內(nèi)。相較于未考慮平均應(yīng)力松弛的葉根壽命預(yù)測結(jié)果,預(yù)測精度有了明顯提高。因此,本文建立的葉根疲勞壽命預(yù)測方法可推薦應(yīng)用于汽輪機(jī)葉片的抗疲勞設(shè)計(jì)與疲勞壽命預(yù)測研究。
【圖文】：

的零部件Ｓ－Ｎ曲線。而局部應(yīng)力應(yīng)變法的基本原理是基于等應(yīng)變等損傷假設(shè)，認(rèn)逡逑為若同種材料構(gòu)件危險部位的應(yīng)力應(yīng)變歷程與一個光滑試樣的應(yīng)力應(yīng)變歷程相逡逑同，則它們的疲勞壽命相同。圖１．２為名義應(yīng)力法和局部應(yīng)力應(yīng)變法的原理圖。逡逑ｆ邋ａｎ0７７ｌ邐ｃｒｉｔｉｃａｌ邐ｚｏｎｅ逡逑——邐ｆ逡逑Ｋｆ邋（邋ｎｏｔｃｈ逡逑ｖ邋Ｔｍ逡逑%煎，

本文編號：2649730