本文關(guān)鍵詞：壓氣機(jī)葉片TC4鈦合金超高周疲勞失效機(jī)制及強(qiáng)度-壽命預(yù)測(cè)方法，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件,壓氣機(jī)葉片在服役期間承受著高溫、高頻且超長(zhǎng)周次的載荷作用,頻頻發(fā)生疲勞斷裂事故。TC4鈦合金因其低密度、高比強(qiáng)度、優(yōu)良的耐熱性和耐腐蝕性等突出優(yōu)點(diǎn),而成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)用壓氣機(jī)葉片制造的最重要材料之一。因此,從壓氣機(jī)葉片長(zhǎng)期服役安全性的角度考慮,深入研究其結(jié)構(gòu)材料TC4鈦合金在服役工況下的疲勞損傷行為及失效機(jī)制,對(duì)壓氣機(jī)葉片的可靠性設(shè)計(jì)及疲勞壽命預(yù)測(cè)具有重要的指導(dǎo)意義。本文首先開展了TC4鈦合金材料在室溫、五種應(yīng)力比下的軸向加載超高周疲勞試驗(yàn),并利用掃描電子顯微鏡對(duì)試樣斷口進(jìn)行了觀測(cè)和分析,明確了應(yīng)力比對(duì)該材料超高周疲勞S-N特性和裂紋萌生及擴(kuò)展機(jī)制的影響。結(jié)果表明:當(dāng)R=-1時(shí),TC4鈦合金疲勞試樣的失效模式全部為表面起裂,而當(dāng)R≥-0.3時(shí),S-N曲線均呈現(xiàn)表面起裂和內(nèi)部起裂的雙重S-N特性;隨著應(yīng)力比的增加,該材料疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值ΔKth和斷裂韌度Kc均呈增大趨勢(shì);該材料在室溫下表現(xiàn)出三種疲勞失效模式,分別為表面滑移失效、表面解理失效和內(nèi)部解理失效,其發(fā)生概率與應(yīng)力比之間有一定關(guān)系。其次,研究了TC4鈦合金在150℃和200℃兩種溫度下的軸向加載超高周疲勞試驗(yàn),并對(duì)試樣斷口進(jìn)行了觀測(cè)和分析,明確高溫對(duì)該材料超高周疲勞S-N特性和裂紋萌生及擴(kuò)展機(jī)制的影響。結(jié)果表明:在150℃和200℃兩種溫度下,該材料呈現(xiàn)出四種疲勞失效模式,即表面滑移失效、表面解理失效、內(nèi)部滑移失效和內(nèi)部解理失效;隨著溫度的升高,TC4鈦合金材料的疲勞強(qiáng)度逐漸降低,但隨著應(yīng)力比的增大,這種趨勢(shì)越來越不明顯;該材料表面缺陷的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔK與溫度無關(guān),疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值ΔKth與斷裂韌度Kc均隨著溫度的升高而降低。第三,根據(jù)對(duì)TC4鈦合金材料室溫?cái)嗔言嚇訑嗫诘奈⒂^形貌觀測(cè),并慮及內(nèi)部起裂和表面起裂兩種疲勞失效模式的差異,分別對(duì)其疲勞裂紋萌生及擴(kuò)展兩個(gè)階段的疲勞壽命進(jìn)行了分析,建立了一種綜合這兩個(gè)階段的疲勞裂紋萌生-擴(kuò)展總壽命計(jì)算模型。研究表明:在高應(yīng)力區(qū),疲勞裂紋的擴(kuò)展過程所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)占疲勞總壽命的絕大部分,而在低應(yīng)力區(qū),疲勞裂紋的萌生過程所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)占疲勞總壽命的絕大部分;根據(jù)該萌生-擴(kuò)展總壽命計(jì)算模型預(yù)測(cè)的疲勞壽命與試驗(yàn)壽命的偏差在3倍范圍以內(nèi),其合理性被證明。最后,針對(duì)TC4鈦合金材料超高周疲勞試驗(yàn)所表現(xiàn)出的雙重S-N特性,對(duì)一種僅適用于具有單一S-N特性材料疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)的能量法模型進(jìn)行了修正,修正后的模型對(duì)TC4鈦合金材料的疲勞強(qiáng)度和S-N曲線的預(yù)測(cè)結(jié)果均比較符合疲勞試驗(yàn)值。
【關(guān)鍵詞】：TC4鈦合金 超高周疲勞 應(yīng)力比 高溫 失效機(jī)理 壽命預(yù)測(cè)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V232;V231.9
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11
• 1.2 研究目的和意義11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3.1 疲勞的發(fā)展概況12-14
• 1.3.2 TC4鈦合金的超高周疲勞性能研究進(jìn)展14-17
• 1.3.3 已有研究工作存在的問題與不足17
• 1.4 研究?jī)?nèi)容及方法17-19
• 第2章 應(yīng)力比對(duì)TC4鈦合金超高周疲勞特性及失效機(jī)制的影響19-41
• 2.1 材料及試驗(yàn)方法19-21
• 2.1.1 材料及試樣19
• 2.1.2 微觀組織19-20
• 2.1.3 力學(xué)性能20-21
• 2.1.4 疲勞試驗(yàn)方法21
• 2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析21-39
• 2.2.1 疲勞S-N特性21-24
• 2.2.2 典型試樣斷.觀察24-25
• 2.2.3 疲勞失效模式25-28
• 2.2.4 疲勞裂紋特征尺寸28-32
• 2.2.5 疲勞裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子特征值評(píng)估32-36
• 2.2.6 競(jìng)爭(zhēng)失效機(jī)制評(píng)估36-39
• 2.3 本章小結(jié)39-41
• 第3章 高溫對(duì)TC4鈦合金超高周疲勞特性及失效機(jī)制的影響41-51
• 3.1 材料及試驗(yàn)方法41
• 3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析41-50
• 3.2.1 疲勞S-N特性41-43
• 3.2.2 典型試樣斷.觀察43-46
• 3.2.3 疲勞裂紋特征尺寸46-48
• 3.2.4 疲勞裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子特征值評(píng)估48-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 第4章 基于裂紋萌生及擴(kuò)展機(jī)制的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法51-80
• 4.1 疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測(cè)51-68
• 4.1.1 疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測(cè)模型51-58
• 4.1.2 預(yù)測(cè)結(jié)果及分析58-68
• 4.2 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)68-77
• 4.2.1 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)模型68-71
• 4.2.2 預(yù)測(cè)結(jié)果及分析71-77
• 4.3 疲勞總壽命預(yù)測(cè)77-79
• 4.4 本章小結(jié)79-80
• 第5章 基于能量法的超高周疲勞強(qiáng)度評(píng)估及S-N曲線構(gòu)建方法80-87
• 5.1 原理與假設(shè)80-81
• 5.2 模型推導(dǎo)81-86
• 5.2.1 能量法模型81-82
• 5.2.2 模型修正82
• 5.2.3 預(yù)測(cè)結(jié)果及分析82-86
• 5.3 本章小結(jié)86-87
• 第6章 結(jié)論87-89
• 6.1 總結(jié)87-88
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)88
• 6.3 展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文與研究成果清單96-98
• 致謝98

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 Chengqi Sun;Xiaolong Liu;Youshi Hong;;A two-parameter model to predict fatigue life of high-strength steels in a very high cycle fatigue regime[J];Acta Mechanica Sinica;2015年03期

  本文關(guān)鍵詞：壓氣機(jī)葉片TC4鈦合金超高周疲勞失效機(jī)制及強(qiáng)度-壽命預(yù)測(cè)方法，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：385796