[发明专利]一种等效的预测热机械疲劳寿命的方法

说明书

本发明提供了一种等效的预测热机械疲劳寿命的方法，涉及疲劳强度领域，该方法的步骤为：(1)使用有限元方法分别计算出热机械疲劳在最高温度处的高温疲劳数据和相应温度范围下的热应变数据；(2)将原有的在恒温下的三参数幂函数能量方法考虑热应变转化成含有热应变项的三参数幂函数能量方法；(3)将有限元计算的数据用改进的三参数幂函数能量法求得的等效能量与热机械试验的到数据计算的能量进行对照；(4)利用改进的三参数幂函数能量方法对热机械疲劳寿命进行预测；(5)在工程上，将等效能量法与拉伸滞后能模型使用分散带和标准差来衡量模型预测寿命的能力。预测结果说明该方法能较好的计算热机械疲劳寿命。

技术领域

本发明涉及疲劳强度领域，特指一种等效的预测热机械疲劳寿命的方法。

背景技术

热机疲劳强度设计是航空发动机、燃气涡轮机等高温部件强度设计的重要内容。实际服役中的发动机在启动，稳态飞行以及停机时，其发动机的涡轮叶片不仅仅承受恒温载荷同时也承受热机载荷的影响。这种加载条件大大缩短了涡轮发动机叶片的寿命同时降低了发动机关键零部件的可靠性。

目前热机械疲劳的寿命预测主要是使用在高温条件下的等温疲劳进行评估，而这种情况下却忽视了温度变化对发动机的损伤，所以这种传统的用高温疲劳来预测热机械疲劳方法的可靠性存在不确定性。因此，考虑温度变化产生的热应变对热机疲劳的影响，研究一种等效的预测热机械疲劳寿命的方法具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于针对低周热机械疲劳的发展要求，提出了一种等效的预测热机械疲劳寿命的方法。

本发明所提供的一种等效的预测热机械疲劳寿命的方法，其步骤为：

步骤1)：使用有限元方法分别计算出热机械疲劳中在最高温度处的高温恒温疲劳数据和相应温度范围下的热应变数据；

步骤2)：将原有的在恒温下的三参数幂函数能量方法(3SE)在考虑热应变情况下转化成含有热应变项的三参数幂函数能量方法；

恒温下的三参数幂函数能量方法：

N_f(ΔW-W₀)^m＝C

其中，σ_max和σ_min为最大，最小应力，Δε_p为塑性应变范围，Δσ为应力范围，W₀为疲劳极限，m和C为材料常数；

步骤3)：利用改进的3SE模型将有限元计算的结果代入，计算出等效能量，并将结果与热机械试验得到的数据计算的3SE模型能量进行对照，改进的3SE模型为公式如下：

其中，Δε_th为热应变范围；

通过对照图显示出，等效能量与热机械试验数据得到的能量几乎相当；

步骤4)：利用改进的三参数幂函数能量方法对热机械疲劳寿命进行预测：

(1)利用改进的3SE模型得到的等效能量与循环失效数在对数坐标系下对比，发现能量与循环失效数呈线性关系，说明该方法对于寿命预测是可行的；

(2)将等效能量代入步骤2)的W-N曲线，得到寿命预测结果；

步骤5)：等效能量法与拉伸滞后能模型使用分散带和标准差来衡量模型预测寿命的能力；其分散带与标准差分别如下式：

分散带＝max(N_ob/N_pre,N_pre/N_ob)