[发明专利]一种通过预旋转提高轮盘低循环疲劳寿命的方法

说明书

本发明属于航空发动机结构疲劳寿命设计技术，涉及一种通过预旋转提高轮盘低循环疲劳寿命的方法。其特征在于，首先对材料标准试棒进行不同预拉伸应力条件下的疲劳试验，从而确定能够获取最长寿命的最佳预应力；然后对轮盘结构进行应力应变分析，确定在其寿命考核部位产生最佳预应力时对应的预旋转转速；在轮盘旋转试验器上，以该预旋转转速对轮盘进行预旋转，使其寿命考核部位进入拉伸塑性，卸载后由于受到周围弹性区域的作用，寿命考核部位会承受残余压应力，从而提高其低循环疲劳寿命。根据材料预拉伸后S‑N曲线预估轮盘预旋转后低循环疲劳寿命能够获得翻倍的提高。

技术领域

本发明属于航空发动机结构疲劳寿命设计技术，涉及一种通过预旋转提高轮盘低循环疲劳寿命的方法。

背景技术

进入21世纪，为了追求更高的推重比，航空发动机轮盘结构趋向于轻量化，轮盘应力水平也逐渐提高，轮盘应力集中部位甚至在塑性区域工作，这使得轮盘低循环疲劳问题非常突出。作为航空发动机寿命关键件，其低循环疲劳寿命是制约发动机整机寿命的关键。现代先进航空发动机不仅要求高的推重比等性能指标，更要求高可靠性和长寿命。国外先进航空发动机整机寿命已经超过3000小时，而国内航空发动机寿命普遍停留在1000小时左右，如何提高航空发动机寿命成为了困扰航空工程师的难题，而提高航空发动机轮盘类结构寿命则是提高发动机寿命的重要前提。

粉末冶金高温合金材料因其优良的性能在现代航空发动机中得到了广泛应用，FGH4097是我国新研粉末冶金材料，该合金具有组织均匀、晶粒细小，良好的拉伸和持久强度，以及抗疲劳和蠕变性能，主要用于制造先进航空发动机涡轮盘、高压压气机盘、鼓筒轴和承力环等旋转部件。针对FGH4097轮盘进行预旋转技术研究，通过该技术能够改善服役状态下轮盘的应力分布，从而获得更长的轮盘寿命，该技术具有非常好的应用前景，能够带来巨大的经济效益。

发明内容

本发明的目的是：提出一种通过预旋转提高轮盘低循环疲劳寿命的方法，以便获取更高的轮盘低循环疲劳寿命。

技术方案

一种通过预旋转提高轮盘低循环疲劳寿命的方法，其步骤如下：

1、通过计算确定轮盘寿命考核部位，并确定该部位疲劳载荷、温度；

2、在轮盘寿命考核部位应力范围附近选取几个应力水平进行材料标准试棒的预拉伸处理；

3、进行预拉伸对疲劳寿命影响研究，确定最佳预拉伸应力；

4、以最佳预拉伸应力对材料进行预拉伸，测定材料预拉伸前后的S-N曲线；

5、通过计算确定轮盘预旋转转速；

6、计算轮盘寿命考核部位经过预旋转后的疲劳应力；

7、根据预拉伸前后S-N曲线分别计算预旋转前后轮盘寿命，确定经过预旋转轮盘寿命考核部位低循环疲劳设计寿命提高的水平。

本发明的优点是：能够在轮盘结构、工作载荷条件不变的情况下，最大限度的提高轮盘低循环疲劳寿命，满足了先进航空发动机对轮盘的长寿命要求。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是预拉伸对FGH4097疲劳寿命影响；

图3是400℃下R＝0时预拉伸前后FGH4097材料的S-N曲线。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。一种通过预旋转提高轮盘低循环疲劳寿命的方法，步骤如下：

1、根据轮盘转速、材料循环应力应变数据、材料在不同温度下的物理及力学性能、轮盘配套叶片材料密度等参数，通过计算确定轮盘寿命考核部位，并确定该部位疲劳应力、温度；