目前,在很多航空發(fā)動機和大型汽輪機低壓葉片制造中廣泛使用GH4169合金,航空發(fā)動機是一個由多種零部件共同組成的復(fù)雜的集成系統(tǒng),各零部件的工作環(huán)境十分復(fù)雜。發(fā)動機在工作狀態(tài)時,受到高溫、腐蝕等的作用的同時,還要承受著多種多樣復(fù)雜的載荷與損傷作用,尤其是航空發(fā)動機渦輪盤在高溫環(huán)境下的蠕變疲勞交互作用更是對傳統(tǒng)壽命與可靠性技術(shù)研究提出了新挑戰(zhàn)。針對以上問題,本文基于蠕變疲勞損傷用戶子程序的有限元分析方法,系統(tǒng)研究了 GH4169合金材料的蠕變疲勞循環(huán)變形行為,并基于非統(tǒng)一循環(huán)本構(gòu)對航空渦輪盤進行了有限元分析和壽命預(yù)測。主要研究工作和結(jié)論如下:(1)采用非線性隨動硬化準則和Voce非線性等向強化準則耦合的Chaboche塑性本構(gòu)模型和應(yīng)變強化蠕變本構(gòu)模型來描述GH4169合金的力學(xué)性能,并通過單向拉伸和低循環(huán)蠕變疲勞試驗?zāi)M,確定了本構(gòu)模型中的材料性能參數(shù)。(2)基于聯(lián)合隨動強化和各向同性強化的循環(huán)本構(gòu)模型,結(jié)合應(yīng)變強化蠕變本構(gòu)模型以及先進的蠕變-疲勞損傷模型對GH4169材料的蠕變疲勞循環(huán)變形行為進行了準確地模擬,有限元分析表明:隨著保持時間的增長,壓縮應(yīng)力增大,應(yīng)力松弛效應(yīng)越明顯;每周次蠕變損傷主要同保持時間有關(guān),保持時間越長,每周次蠕變損傷越高,且在每周次總損傷中疲勞損傷占據(jù)主導(dǎo)地位;GH4169合金的蠕變疲勞壽命隨著應(yīng)變幅的增加顯著降低,此外,隨著保持時間的逐漸增大,試樣的壽命逐漸降低。(3)在考慮轉(zhuǎn)速的作用下,應(yīng)用ABAQUS有限元軟件,對航空渦輪盤結(jié)構(gòu)件施加循環(huán)載荷,進行渦輪盤的彈塑性有限元應(yīng)力應(yīng)變分析,并采用循環(huán)本構(gòu)模型以及蠕變疲勞損傷子程序,對渦輪盤進行蠕變疲勞壽命預(yù)測。有限元應(yīng)力應(yīng)變分析表明:渦輪盤的危險部位為輪盤中心孔,在不同轉(zhuǎn)速作用下,其最大等效應(yīng)力和最大主應(yīng)變均出現(xiàn)在輪盤中心孔部位;疲勞載荷是影響其蠕變疲勞壽命的主要因素,當(dāng)總累積損傷達到1時,在總累積損傷中,疲勞累積損傷占據(jù)著主導(dǎo)作用;渦輪盤蠕變疲勞壽命的長短跟轉(zhuǎn)速大小有關(guān),轉(zhuǎn)速越大,渦輪盤總累積損傷達到1的速率越快,渦輪盤蠕變疲勞壽命越短;轉(zhuǎn)速的大小還影響著疲勞累積損傷和蠕變累積損傷在總累積損傷中所占的比例,轉(zhuǎn)速越高,蠕變累積損傷占總累積損傷的比例很小,轉(zhuǎn)速降低,蠕變累積損傷占總累積損傷的比例增大。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V231.9
【部分圖文】：

為了快速便捷地確定非線性隨動硬化參數(shù)，本文利用ＡＢＡＱＵＳ有限元軟件建立單逡逑元體模型，對單元體一個頂點相鄰的三個面進行了約束，ｇ卩：認＝0，％＝0和認＝0，并逡逑施加％方向應(yīng)變?yōu)?．00１＿的位移載荷。模型及具體約束方式如圖２．３所示。逡逑Ｗ逡逑圖２．３單元體模型及約束逡逑Ｆｉｇ．２．３邋Ｅｌｅｍｅｎｔ邋ｍｏｄｅｌｉｎｇ邋ａｎｄ邋ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑通過單元體模型輸出的應(yīng)力－應(yīng)變曲線與實驗的應(yīng)力－應(yīng)變曲線的對比，不斷地調(diào)整逡逑每個模型參數(shù)的值，直到調(diào)整后的誤差范圍在可接受范圍內(nèi)。ＧＨ４１６９的非線性隨動硬逡逑化參數(shù)如表２．１所示。逡逑表２．１邐ＧＨ４１６９非線性隨動硬化參數(shù)值逡逑Ｔａｂｌｅ邋２．１邋Ｖａｌｕｅｓ邋ｏｆ邋ｎｏｎｌｉｎｅａｒ邋ｋｉｎｅｔｉｃ邋ｈａｒｄｅｎｉｎｇ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｆｏｒ邋ＧＨ４１６９逡逑Ｅ（ＧＰａ）邐ａ｜0（ＭＰａ）邐Ｃｙ（ＭＰａ）邋ｙ；邐Ｃ２（ＭＰａ）邐ｙ２邐Ｃｊ（ＭＰａ）邐ｙｊ逡逑ＧＨ４１６９邐１７１．０邐８３５邐４０８５９０邐２０００邐１１０００邐５０邐３０邐１逡逑２．５．３各向同性硬化參數(shù)確定逡逑基于單軸拉伸數(shù)據(jù)，可以確定各向同性硬化參數(shù)初值，同樣地，用單元體模型對各逡逑向同性硬化參數(shù)進行確定，對單元體一個頂點相鄰的三個面進行了約束，ｇ卩：認＝０，逡逑％＝０和？７；＝０，并施加％方向應(yīng)變?yōu)椋埃保担恚淼奈灰蒲h(huán)載荷２００周次，加載波形為三逡逑角波。通過對ＧＨ４１６９材料在６５０°Ｃ下應(yīng)變速率為０．００４ｓ＿ｌ，應(yīng)變范圍為２％，保持時間逡逑為１８００ｓ

Ｆｉｇ．２．４邋Ｒｅｓｕｌｔｓ邋ｏｆ邋ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｗｉｔｈ邋ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋（ａ）邋Ｑｘ邋ａｎｄ邋（ｂ）邋ｂ逡逑２．５．４應(yīng)變強化蠕變本構(gòu)模型參數(shù)確定逡逑圖２．５給出了應(yīng)變強化蠕變本構(gòu)模型相關(guān)參數(shù)的確定過程，利用ＡＢＡＱＵＳ有限元逡逑軟件對ＧＨ４１６９材料在６５０°Ｃ下應(yīng)變速率為０．００４ｓ４，應(yīng)變范圍為２％，保持時間為１８００ｓ逡逑的應(yīng)力隨保持時間的變化進行單元體模擬。逡逑

力相差不大。此后，應(yīng)力下降逐漸減緩，隨Ｗ值越小，應(yīng)力下降越為劇烈。通過與試驗逡逑數(shù)據(jù)的對比，可以發(fā)現(xiàn)ｍ＝－０．７２的預(yù)測結(jié)果更接近于試驗結(jié)果，因此ｍ�。埃罚�。逡逑最終，通過圖２．５所示的模擬結(jié)果可見，結(jié)合前幾節(jié)中所給的參數(shù)，可以合理描述逡逑ＧＨ４１６９材料的應(yīng)力松弛行為，參數(shù)合理。綜上，最后得到６５０°Ｃ溫度下ＧＨ４１６９合金逡逑的應(yīng)變強化蠕變本構(gòu)模型參數(shù)，如表２．２所示。逡逑表２．２應(yīng)變強化蠕變本構(gòu)模型參數(shù)逡逑Ｔａｂｌｅ邋２．２邋Ｖａｌｕｅｓ邋ｏｆ邋Ｓｔｒａｉｎ－Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ邋ｃｒｅｅｐ邋ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ邋ｍｏｄｅｌ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ逡逑ｙ／邐ｎ邐ｍ逡逑５．８２３邋ｌｘｌ0－２３邐５．７７邐－０．７２逡逑２．５．５材料參數(shù)的最終值逡逑按照上述的方法對彈塑性循環(huán)本構(gòu)模型和應(yīng)變強化蠕變本構(gòu)模型的各參數(shù)反復(fù)進逡逑行調(diào)試

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本文編號：2829212