涡轮盘蠕变及低周疲劳寿命可靠性分析方法

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对于航空发动机高温部件涡轮盘来说,蠕变失效和疲劳失效是其两种主要的失效模式;在循环工作条件下,蠕变损伤和疲劳损伤不断累积,并且蠕变损伤和疲劳损伤存在交互作用。因此,蠕变-疲劳损伤分析就成为涡轮盘寿命预测的重要组成部分。此外,由于金属材料在高温和高应力下存在明显的蠕变变形,从而造成涡轮盘存在应力松弛现象,是否考虑应力松弛效应的寿命预测可能导致相差几倍甚至上百倍的差别。 考虑上述问题,本文创新点及主要工作如下: 1> 建立蠕变应变概率模型,并率先将该模型和蠕变持久寿命概率模型用于考虑应力松弛的涡轮盘蠕变持久寿命和蠕变-疲劳寿命可靠性分析。 2> 提出考虑应力松弛的涡轮盘蠕变持久寿命可靠性分析方法。方法中采用ANSYS提供的中心组合法对各随机变量进行抽样,并对若干抽样点有限元蠕变分析结果进行响应面回归,从而获得损伤临界失效函数的近似表达式。进而采用Monte-Carlo法获得轮盘蠕变持久寿命可靠度或给定可靠度的蠕变持久寿命。本文通过算例验证了该方法的有效性,同时,分析了应力松弛和各随机变量对蠕变持久寿命的影响。 3> 本文提出考虑应力松弛的涡轮盘蠕变-疲劳寿命工程化计算方法,即蠕变-疲劳损伤二阶逼近法。在此基础上,结合响应面法,提出了考虑载荷和材料参数分散性以及应力松弛效应的轮盘蠕变-疲劳寿命可靠性分析方法。利用轮盘蠕变-疲劳寿命可靠性算例验证了该方法的有效性,并分析了应力松弛和各随机变量对轮盘蠕变-疲劳寿命的影响。
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