【摘要】：微動(dòng)疲勞現(xiàn)象在于航空領(lǐng)域中很普遍。與普通疲勞相比,它會(huì)顯著降低構(gòu)件的壽命。由于從航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)低壓段到高壓段的溫度變化較大,為了確保發(fā)動(dòng)機(jī)的安全,研究發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金構(gòu)件在不同溫度下的微動(dòng)疲勞行為非常重要。因此,本文開展了不同溫度下的微動(dòng)疲勞試驗(yàn)研究,建立了考慮溫度的微動(dòng)疲勞壽命預(yù)測(cè)模型。主要的研究工作和研究結(jié)論如下:首先,設(shè)計(jì)了一種適用于高溫的單卡頭式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置,該裝置采用應(yīng)力環(huán)橫向加載、高溫桶式電阻爐加熱以及水冷和風(fēng)冷結(jié)合冷卻方式。試驗(yàn)裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):應(yīng)力環(huán)的凸臺(tái)和梯形螺紋能夠很好地起到防松的作用,應(yīng)力環(huán)經(jīng)強(qiáng)度校核滿足高溫微動(dòng)疲勞試驗(yàn)的橫向加載要求;對(duì)中保持及剛度增強(qiáng)裝置能夠解決單卡頭式微動(dòng)墊對(duì)應(yīng)力環(huán)裝置帶來的對(duì)中不準(zhǔn)和夾持剛度下降的問題;高溫桶式電阻爐經(jīng)溫控儀控溫能保證加熱溫度的穩(wěn)定。其次,以鈦合金TC11為微動(dòng)疲勞試驗(yàn)材料,開展不同溫度下的微動(dòng)疲勞試驗(yàn)研究,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TC11試驗(yàn)件的微動(dòng)疲勞裂紋萌生階段占總壽命的絕大部分;微動(dòng)疲勞裂紋均萌生在微動(dòng)墊與試驗(yàn)件接觸區(qū)域的下邊緣;隨著溫度的升高,試驗(yàn)件的磨損加劇;接觸表面存在明顯的微動(dòng)斑痕。試驗(yàn)結(jié)果表明:TC11試驗(yàn)件的微動(dòng)疲勞壽命隨著溫度的升高而下降,隨著法向載荷的升高而逐漸下降;溫度和法向載荷對(duì)微動(dòng)疲勞壽命都有很大影響。最后,基于連接介質(zhì)損傷力學(xué),建立了考慮溫度的微動(dòng)疲勞壽命預(yù)測(cè)模型以分析不同溫度下的微動(dòng)疲勞壽命。該模型在現(xiàn)有的基于非線性疲勞損傷累積理論的微動(dòng)疲勞壽命預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上,引入溫度相關(guān)的損傷速率因子以考慮溫度對(duì)結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞行為的影響。建立帶圓弧段的平壓頭與試驗(yàn)件平面接觸的有限元模型,采用單卡頭式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)結(jié)果擬合得到的與材料相關(guān)的壽命預(yù)測(cè)模型參數(shù),建全微動(dòng)疲勞壽命預(yù)測(cè)模型,開展不同溫度下的微動(dòng)疲勞壽命數(shù)值模擬預(yù)測(cè)研究。以某型發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金TC11燕尾榫結(jié)構(gòu)模擬件的微動(dòng)疲勞試驗(yàn)壽命驗(yàn)證該模型性的有效性。結(jié)果表明預(yù)測(cè)壽命與試驗(yàn)壽命對(duì)比均在2倍誤差范圍以內(nèi),且預(yù)測(cè)裂紋萌生位置與試驗(yàn)中裂紋萌生位置相符合,驗(yàn)證了此壽命預(yù)測(cè)模型的有效性。
【圖文】：

溫度下 TC11 鈦合金微動(dòng)疲勞壽命的模型與試驗(yàn)研究試驗(yàn)研究件材料會(huì)發(fā)生物理和化學(xué)變化，會(huì)發(fā)生蠕變現(xiàn)象并在更為復(fù)雜。為研究高溫下的微動(dòng)疲勞，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)取得了很多進(jìn)展。在微動(dòng)疲勞過程中摩擦狀態(tài)隨循環(huán)數(shù)及外界載荷會(huì)發(fā)環(huán)境下，微動(dòng)疲勞強(qiáng)壽命顯著下降，而摩擦系數(shù)與室件摩擦力在微動(dòng)疲勞作用下的變化，發(fā)現(xiàn)在 260℃的數(shù)略有增加，在之后的循環(huán)中保持不變。圖 1.1 給出的靜態(tài)摩擦系數(shù)曲線。

在之后的循環(huán)中保持不變。圖 1.1 給靜態(tài)摩擦系數(shù)曲線。溫和 260℃下的載荷循環(huán)數(shù)和靜態(tài)摩擦系數(shù)之間的，大多數(shù)合金的氧化速率會(huì)隨著溫度的升高而加快接觸，從而降低了摩擦系數(shù)。Waterhouse[15]也指出動(dòng)磨損而使摩擦系數(shù)會(huì)增大，另一方面，如果氧化使摩擦系數(shù)會(huì)降低。圖 1.2 給出了他的實(shí)驗(yàn)裝置示意
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V252.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張明,王珉,左敦穩(wěn);45~#鋼微動(dòng)疲勞特性的研究[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2002年05期

2 李欣;楊建偉;;微動(dòng)疲勞損傷機(jī)理數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2017年30期

3 樂曉斌，，何明鑒;微動(dòng)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法的探討[J];機(jī)械強(qiáng)度;1996年03期

4 戴振東，朱如鵬，潘升材，王珉;高溫不銹鋼與鈦合金微動(dòng)疲勞特性的實(shí)驗(yàn)研究[J];航空學(xué)報(bào);1999年03期

5 ;第六屆微動(dòng)疲勞國(guó)際專題會(huì)議　[J];中國(guó)機(jī)械工程;2009年16期

6 劉大偉;彭金方;田來;宋川;劉建華;朱e

本文編號(hào)：2615253