一种涡轮叶片梯形波热机械疲劳试验寿命预测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114970009A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210488077.2(22)申请日2022.05.06(71)申请人中国船舶重工集团公司第七0三研究所地址150078黑龙江省哈尔滨市道里区洪湖路35号(72)发明人孙鹏孙彦博何建元孙景国季晨曲劲宇邱中辉周渝航(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种涡轮叶片梯形波热机械疲劳试验寿命预测方法(57)摘要本发明的目的在于提供一种涡轮叶片梯形波热机械疲劳试验寿命预测方法，根据材料承受热机械载荷下的损伤机制，分别求出纯机械的低周疲劳损伤，持久蠕变损伤(包含加载阶段、保载阶段、卸载阶段)。利用线性累积损伤原理，计算单个循环的低周与蠕变交互的热机械疲劳损伤，进而预测涡轮叶片的寿命。本发明计算简单，利用材料手册现有的数据，适用范围广。CN114970009ACN114970009A权利要求书1/2页1.一种涡轮叶片梯形波热机械疲劳试验寿命预测方法，其特征是：(1)确定材料常数E、σ'f、b、ε'f、c、K'、n'，持久热强参数综合曲线方程系数a0、a1、a2、a3；(2)将热机械疲劳损伤DTMF划分为低周疲劳损伤DLCF，蠕变损伤；(3)确定名义应力谱，峰值名义应力谷值名义应力A为考核截面的面积；(4)确定名义应变谱，峰值名义应变谷值名义应变(5)确定名义应力范围ΔσN＝σN1‑σN2；(6)确定名义应变范围ΔεN＝εN1‑εN2；(7)确定应力集中系数，通过有限元计算获得考核截面最大应力与截面平均应力的比值作为应力集中系数的近似值；(8)根据材料的循环应力‑应变曲线确定真实峰值应力σ1、真实峰值应变ε1：(9)根据材料的迟滞回线确定真实应力范围Δσ、真实应变范围Δε：(10)确定恒幅加载低循环疲劳寿命N*：选取修正Morrow平均应力方程或者SWT参数模型进行迭代计算；式中，平均应力(11)确定恒幅加载低循环疲劳单循环累积损伤(12)由材料参数获得持久热强参数综合曲线方程(13)确定加载、卸载阶段的应力水平为温度水平为高温保载温度T1；高温保载阶段应力水平为σ1，温度水平为高温保载温度T1；(14)确定梯形波温度加载、高温保持、温度卸载阶段叶片持久断裂时间tr1、tr2、tr3：2CN114970009A权利要求书2/2页式中，PLM1＝TF1(lgtr1+c)；式中，PLM2＝TF2(lgtr2+c)；式中，PLM3＝TF3(lgtr3+c)；(15)确定梯形波温度加载、高温保持、温度卸载阶段单循环下各阶段造成叶片的蠕变损伤(16)确定梯形波加载下单循环总损伤DTMF＝DLCF+Dc1+Dc2+Dc3；(17)确定梯形波加载下叶片热机械循环加载下的寿命2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片梯形波热机械疲劳试验寿命预测方法，其特征在于：步骤(13)中加载和卸载应力水平取应力幅，温度取高温保载温度。3.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片梯形波热机械疲劳试验寿命预测方法，其特征在于：热机械疲劳试验的加载波形为梯形波形，载荷为拉力控制。4.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片梯形波热机械疲劳试验寿命预测方法，其特征在于：热机械疲劳试验为恒幅循环加载。3CN114970009A说明书1/5页一种涡轮叶片梯形波热机械疲劳试验寿命预测方法技术领域[0001]本发明涉及的是一种燃气轮机，具体地说是燃气轮机涡轮叶片。背景技术[0002]燃气轮机是将高温、高压燃烧气体的热能转化为机械能的一种旋转机械装置，涡轮转子是将燃气热能转化为动能并进行功率和扭矩输出的重要部件，其工作在高温、高转速环境下，转子转速高达10000rpm，高压涡轮叶片工作温度在700℃以上，工作环境十分恶劣。如何评估涡轮叶片的寿命就显得尤为重要，为了准确评估涡轮叶片寿命，一般在部件试验中进行热机复合疲劳试验进行摸底，由于热机疲劳试验复杂，疲劳试验周期长，试验费用昂贵，因此如何寻找一种方法对试验结果进行预测就很有意义。[0003]目前针对涡轮叶片所做的热机械疲劳试验，一般采取三角波或者梯形波形式，由于大多数采取电感加热法，升温降温需要时间，过快会造成较高的热应力，因此升温降温过程时长占了试验总时长的大多数，这对于在高温下工作的材料的持久寿命有较大影响。发明内容[0004]本发明的目的在于提供考虑蠕变持久与低循环交互作用的一种涡轮叶片梯形波热机械疲劳试验寿命预测方法。[0005]本发明的目的是这样实现的：[0006]本发明一种涡轮叶片梯形波热机械疲劳试验寿命预测方法，其特征是：[0007](1)确定材料常数E、σ'f、