高溫多軸疲勞行為及壽命預測研究.pdf

1、服役中的各種航空航天飛行器，壓力容器，核電站以及發(fā)電廠中的一些主要零部件通常承受復雜的單多軸循環(huán)載荷和高溫氧化蠕變交互作用。系統(tǒng)深入研究高溫多軸疲勞性能和高溫多軸疲勞壽命預測方法，對預防災難事故的發(fā)生具有重要意義。
　　 本文采用試驗與理論結合的方法，研究渦輪盤材料GH4169鎳基合金的高溫疲勞行為。在試驗的基礎上，結合臨界面法提出了適用于多軸疲勞的損傷參量，并進行了變幅載荷下的疲勞損傷累積；基于彈塑性有限元分析結果估算了缺口試

2、樣的疲勞壽命；在多軸疲勞理論基礎上單獨考慮高溫下氧化蠕變的影響因素，進一步提出高溫時間相關疲勞的損傷模型。論文的研究內容有以下幾個方面：
　　 首先，論文對高溫鎳基合金GH4169進行了高溫多軸疲勞試驗，分析了高溫多軸加載下應力變化，發(fā)現(xiàn)材料在高溫循環(huán)加載下主要表現(xiàn)為循環(huán)軟化；分析了各種路徑下的應力應變響應，發(fā)現(xiàn)拉扭分量應力應變遲滯回線形狀與試件的加載路徑密切相關；宏觀和微觀斷口分析認為高溫氧化對疲勞損傷有一定影響。
　　

3、 根據微觀分析得到的裂紋擴展特點和多軸加載不同平面上的最大剪應變和相應的法向應變變程的變化特點，建立以最大剪應變幅和相應的較大正應變變程為基本參數(shù)的損傷參量，損傷參量考慮了材料在循環(huán)加載下的彈塑性受力狀態(tài)，該損傷參量與Manson-Coffin方程相結合建立了多軸低周疲勞損傷模型。經由GH4169, Haynes188和一種低碳鋼的多軸疲勞試驗驗證，表明所提出的模型可得到較為滿意的結果。
　　 為得到缺口件局部應力應變數(shù)據進而

4、估算其疲勞壽命，文中用有限元模擬實現(xiàn)了高溫拉扭多軸比例與非比例循環(huán)加載，高溫單軸循環(huán)加載應力應變數(shù)據用于描述材料的多線性運動硬化特性；拉扭應變循環(huán)加載通過把一個循環(huán)分為多個不同載荷步來實現(xiàn)。通過光滑薄壁管件多軸循環(huán)有限元分析結果證明了基于有限元法的循環(huán)加載描述的正確性。利用該方法得到的缺口根部局部應力應變數(shù)據，采用提出的疲勞壽命預測模型估算了缺口件的疲勞裂紋萌生壽命。
　　 針對多軸變幅加載，用考慮了非比例加載影響的等效應變求解

5、等效應力，與改進的Chaboche損傷累積模型相結合，計算變幅加載下的疲勞損傷。推導出多級加載的Chaboche疲勞損傷累積公式，將其用于變幅加載塊的疲勞損傷估算，并與Miner損傷累積模型進行了對比分析。
　　 最后，對高溫疲勞，單獨考慮純疲勞和時間相關因素造成的損傷。根據高溫無保載情況下不同拉壓應變率和循環(huán)時間引起的時間相關損傷的不同，建立了時間相關的損傷時間計算方法。基于線性損傷理論提出了適于高溫循環(huán)加載的時間相關疲勞損傷