【摘 要】
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现代航空发动机对高推重比和长寿命提出越来越高的要求,迫使发动机涡轮盘朝着高强度、高寿命、低重量方向发展。轮盘是航空发动机中的关键件,它的失效直接影响安全和维护成本,甚至危及飞行安全。对轮盘进行预应力处理,可以提升其低循环疲劳寿命。本文开展主要的研究工作如下:(1)开展了预应力中心孔试样的设计与低循环疲劳试验。实测GH4169材料在RT、500℃、650℃条件下的应力-应变曲线,获取了材料基本力学性
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现代航空发动机对高推重比和长寿命提出越来越高的要求,迫使发动机涡轮盘朝着高强度、高寿命、低重量方向发展。轮盘是航空发动机中的关键件,它的失效直接影响安全和维护成本,甚至危及飞行安全。对轮盘进行预应力处理,可以提升其低循环疲劳寿命。本文开展主要的研究工作如下:(1)开展了预应力中心孔试样的设计与低循环疲劳试验。实测GH4169材料在RT、500℃、650℃条件下的应力-应变曲线,获取了材料基本力学性能。开展三种温度条件下,不同预拉伸载荷与疲劳载荷条件下的应力状态分析以及低循环疲劳试验;并开展了高温蠕变-疲劳试验。(2)开展了预应力试样的低循环疲劳寿命研究。运用局部应力应变法和应力梯度法计算了试样在不同温度和多种预拉伸载荷下的疲劳寿命。结果证实预应力对提高试样的疲劳寿命有明显好处,但预应力超过一定阈值后,试样疲劳寿命反而稍有降低。蠕变-疲劳寿命分析结果表明,预应力试样的低循环疲劳寿命增益会因为高温蠕变效应而降低。(3)开展了预应力轮盘的低循环疲劳寿命研究。在考虑了平均应力和残余压应力的前提下,使用应力寿命法和应力梯度法计算轮盘的低循环疲劳寿命。进一步计算得到轮盘蠕变变形值,并开展了轮盘蠕变试验验证计算结果的准确性。结果表明,预应力处理可以显著提升轮盘低循环疲劳寿命,但预应力增寿效果会因为轮盘蠕变而有所降低。
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