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离心压缩机是衡量一个国家工业发展水平的重要标准,其核心部件是高强度钢FV520B-I叶片。开展废旧FV520B-I叶片的再制造能够有效的节约资源、减少能耗、避免环境污染,是实现可持续发展的重要途径。根据废旧叶片的损伤程度及其剩余寿命等因素,探索新的可再制造性判断方法是废旧叶片再制造所面临的关键问题。目前国内外对废旧叶片可再制造性评价体系尚不完善,本文在国家973计划项目(机械装备再制造的基础科学问题,编号:2011CB013400)的支持下,基于经典的疲劳理论,揭示超高周疲劳失效竞争机理,建立FV520B-I叶片基于不同疲劳损伤的剩余寿命预测模型,提出基于疲劳损伤的可再制造性判断方法,实现压缩机叶片可再制造性评价的定量表征。本文主要开展以下工作:1.表面与内部疲劳失效竞争分析。基于断裂力学,在不同表面粗糙度条件下,结合不同疲劳损伤的疲劳强度模型,揭示了高强度钢表面和内部疲劳失效竞争机理。分析叶片在不同损伤情况下疲劳失效的主要因素,提出表面与内部疲劳失效竞争模型。2.FV520B-I基于内部夹杂物的疲劳寿命预测研究。分析叶片材料FV520B-I超高周内部疲劳失效机理,基于Murakami模型,融入叶片实际工况参数,提出适用于FV520B-I的疲劳强度计算模型;基于Paris公式及能量耗散理论,结合超高周疲劳试验,得到与材料FV520B-I相关的材料性能参数,建立了基于内部夹杂物的FV520B-I超高周疲劳寿命预测模型。3.FV520B-I基于表面微观缺陷的疲劳寿命预测研究。开展FV520B-I基于不同粗糙度的超高周疲劳试验,分析表面微观缺陷对材料FV520B-1超高周疲劳寿命的影响,以表面粗糙度Ra定量表征表面微观缺陷。结合超声疲劳试验,参考经典Paris公式,建立了基于表面微观缺陷的FV520B-I疲劳寿命预测模型。4.超声加载频率对FV520B-I疲劳寿命的影响研究。开展材料FV520B-I超声疲劳试验与常规疲劳试验比较研究,以Basquin公式为基础,提出了超声疲劳试验数据与常规疲劳试验数据之间的转换模型,并对FV520B-I超高周疲劳寿命模型进行修正。5.FV520B-I叶片基于疲劳损伤的可再制造性判断。基于FV520B-I超高周疲劳寿命预测模型与现有的可再制造性评价体系,根据剩余疲劳寿命与可再制造性之间的逻辑关系,得到了基于疲劳损伤的可再制造临界阈值与可再制造性判断指标,提出了基于疲劳损伤的可再制造性判断方法。本文将疲劳失效机理、疲劳寿命预测及可再制造性判断三者有机的结合起来,为FV520B-I叶片疲劳寿命预测及可再制造性判断研究开辟了新的途径,具有重要的理论与实践意义。