[发明专利]一种考虑高、低周疲劳的叶片叶盆叶背裂纹型硬物损伤可用极限确定方法

权利要求书

1.一种考虑高、低周疲劳的叶片叶盆叶背裂纹型硬物损伤可用极限确定方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)从叶片的叶盆和叶背各点上承受的高/低周复合疲劳载荷提取可能发生的高循环疲劳载荷及低循环疲劳载荷；

(2)根据叶片材料在不同应力比下的裂纹扩展门槛值数据，建立应力比相关的裂纹扩展门槛值模型；

(3)将叶片的叶盆和叶背中撕裂/裂纹型损伤设定为I型半椭圆表面裂纹，其椭圆裂纹深度半轴长度a为撕裂/裂纹型损伤的最大深度d，椭圆裂纹表面半轴长b为a的1.5倍，建立该半椭圆表面裂纹的应力强度因子计算方法；

其中，具有I型半椭圆表面裂纹的叶片视为有限厚度、无限宽度、无限长度的半椭圆裂纹体模型，其裂纹面上所承受的载荷采用幂函数分布应力表达式，即：

其中，σ(x)为裂纹面上的应力分布，a为裂纹长度，x为沿裂纹扩展方向上的坐标，其坐标原点为单边裂纹与前缘点的交点，σ_i为多项式系数，i为多项式指数，项数n≤7；与撕裂/裂纹型叶片等价的具有I型半椭圆表面裂纹的大板所承受的裂纹面应力分布为均布分布，即n＝0，其应力强度因子计算方法采用通用权函数法；

半椭圆表面裂纹裂纹面上承受以上幂函数分布应力时的应力强度因子计算表达式为：

其中m(x，a)为裂纹体的权函数，对于半椭圆表面裂纹而言应力强度因子最大点往往为裂纹前缘最深点A点或裂纹前缘表面点B点；

半椭圆表面裂纹前缘最深点A点的通用权函数为：

半椭圆表面裂纹前缘表面点B点的通用权函数为：

当σ(x)＝σ₀时，A点和B点的应力强度因子隐式表达式为：

其中，K为应力强度因子，M_1A、M_2A、M_3A、M_1B、M_2B、M_3B为通用权函数系数，π为圆周率，σ₀为裂纹面上承受的均布应力；

(4)分别建立不同应力比条件下高周疲劳载荷、低周疲劳载荷的裂纹不扩展等值曲线模型，并绘制不同裂纹深度a下裂纹不扩展等值曲线图；

其中，不同应力比条件下高周疲劳载荷的裂纹不扩展判据为ΔK_HCF＝ΔK_th(R_HCF)，其裂纹不扩展等值曲线模型为：

当应力比-1<R<0时，

当应力比0≤R<1时，

低周疲劳载荷下的裂纹不扩展判据为ΔK_LCF＝ΔK_th(R_LCF)，其应力比R_LCF＝-1，那么裂纹不扩展等值曲线模型为：

其中，ΔK_HCF为HCF载荷循环下的应力强度因子范围，ΔK_LCF为低循环疲劳载荷下的应力强度因子范围；R_HCF为HCF载荷的应力比，R_LCF为LCF载荷的应力比；F_n为几何修正系数；σ_dyn为动态应力，σ_sta为静态应力，Δσ_th(R_HCF)和Δσ_th(R_LCF)为门槛值应力；

裂纹不扩展等值曲线图横坐标为静态应力纵坐标为动态应力；

(5)通过有限元数值分析方法获取叶片叶盆叶背各点的静态应力和动态应力；

(6)通过比对静态应力和动态应力在裂纹不扩展等值曲线中的位置确定该等值曲线所对应的裂纹尺寸a，即为叶片叶盆叶背该点处的裂纹/撕裂型硬物损伤的可用极限。

2.根据权利要求1所述的考虑高、低周疲劳的叶片叶盆叶背裂纹型硬物损伤可用极限确定方法，其特征在于：所述步骤(1)中，叶片的高/低周复合载荷指发动机正常工作时叶片低频离心力循环载荷与高频振动载荷的交互，将叶片中低频离心力循环载荷记为低循环疲劳载荷，将叶片中高频振动载荷记为高循环疲劳载荷，通过载荷谱分析确定叶片的叶盆和叶背各点可能出现的高循环疲劳载荷及低循环疲劳载荷形式。