[发明专利]一种变载荷历程下的蠕变损伤计算方法

说明书

本发明公开了一种变载荷历程下的蠕变损伤计算方法及模型，该方法的步骤为：根据单轴蠕变试验获得材料不同温度和应力下的蠕变应变‑时间曲线、最小蠕变速率断裂蠕变应变和断裂寿命t_f；选择蠕变本构方程，通过单轴蠕变试验拟合得到材料的蠕变本构参数；根据两件简单的两级变载荷蠕变试验数据拟合得到参数A，B；通过材料多级变载荷蠕变试验，记录每一级载荷产生的变形增量；计算材料多级变载荷蠕变试验前n‑1级产生的蠕变损伤；根据变载荷蠕变损伤计算模型若知道第n级载荷作用的时间，可预测第n级载荷作用下材料产生的变形量，若第n级载荷加载直至断裂，则可预测该级载荷作用的时间。是一种考虑加载历程的更为精确的变载荷蠕变损伤计算方法。

技术领域

本发明涉及一种变载荷历程下的蠕变损伤的计算方法及模型，属于高温结构强度技术领域。

背景技术

航空发动机在研制和使用过程中通常都要进行寿命试车，随着航空发动机寿命不断提高，采用1:1的全寿命周期的试车费用越来越高、周期越来越长，甚至在工程上难以接受。为了节省经费、缩短研制周期，必须采用加速任务试车技术。加速任务试车过程中需要模拟发动机的使用载荷。根据引起航空发动机结构损伤的类型进行分类，其承受的载荷主要包括低周疲劳、热冲击、蠕变和振动等。在加速任务试车中为了缩短试车时间，通常要将各级小载荷下较长的持续工作时间，用大载荷下较短的持续试车时间来等效模拟，因此需要建立变载荷下的蠕变损伤的计算方法。

恒定载荷下蠕变损伤的计算及寿命预测相对比较简单，国内外在这方面也提出了较多的方法。然而，航空发动机工作过程中，高温部件所受的蠕变载荷不是恒定，使用恒定载荷下的蠕变损伤计算方法，得到的结果势必会存在很大的误差，有必要建立一种变载荷下的蠕变损伤计算方法，为准确的加速任务试车谱编制提供有效的支撑。

发明内容

为了弥补目前工程应用中的线性蠕变损伤计算法则的不足，考虑变化的载荷历程中材料变形量对蠕变损伤的影响，本发明的目的是提供一种变载荷历程下的蠕变损伤计算方法及模型。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种变载荷历程下的蠕变损伤计算方法，通过引入蠕变损伤容限参数λ，将材料的宏观蠕变变形与微观的损伤形式进行关联，同时运用载荷因子Φ将加载过程考虑到损伤计算方法中，建立变载荷蠕变损伤计算模型，其表达式为：

上式中，为损伤指数，下标n表示第n级加载，根据实际情况可取1至无穷；Δλ_n为蠕变损伤容限参数增量，λ_f,n为断裂时的蠕变损伤容限参数，下标f表示断裂状态， n为第n级加载条件下的参数；

所述变载荷历程下的蠕变损伤计算方法包括以下步骤：

(1)根据单轴蠕变试验获得材料不同温度和应力下的蠕变应变-时间曲线、最小蠕变速率断裂蠕变应变和断裂寿命t_f；

(2)选择蠕变本构方程，通过单轴蠕变试验拟合得到材料的蠕变本构参数；

(3)根据两件简单的两级变载荷蠕变试验数据拟合得到

中的参数A，B；

上式中，为损伤指数；Φ_n为第n级载荷因子；σ_n为第n级加载条件下的应力； T_n为第n级加载条件下的温度；为第n级加载条件下的单轴蠕变试验的最小蠕变速率，上标c表示蠕变，下标m表示最小的速率，下标n表示第n级加载条件；A和B为通过试验数据拟合的常数；

(4)通过材料多级变载荷蠕变试验，记录每一级载荷产生的变形增量；

(5)根据式(1)计算材料多级变载荷蠕变试验前n-1级产生的蠕变损伤，即为等效到第n级载荷条件下前n-1级所产生的蠕变损伤；