[发明专利]镍基单晶涡轮冷却叶片密排气膜孔的蠕变等效与简化方法

说明书

本公开是关于一种镍基单晶涡轮冷却叶片密排气膜孔的蠕变等效与简化方法，该方法包括基于晶体塑性理论确定镍基单晶合金蠕变本构方程，并根据密排气膜孔的排布方式，确定镍基单晶涡轮冷却叶片模型的气膜孔密度，引入气膜孔密度函数，确定所述排布方式下的蠕变变形表达式；根据所述蠕变变形表达式确定蠕变等效参数；根据所述蠕变等效参数与所述密排气膜孔的排布方式，将密排气膜孔简化为一单个气膜孔；将所述镍基单晶涡轮冷却叶片模型上的气膜孔简化为一所述单个气膜孔，以获取等效模型。本公开提供的镍基单晶涡轮冷却叶片密排气膜孔的蠕变等效与简化方法，能够降低叶片结构强度分析和寿命设计难度。

技术领域

本公开涉及航空发动机技术领域，具体而言，涉及一种镍基单晶涡轮冷却叶片密排气膜孔的蠕变等效与简化方法。

背景技术

涡轮叶片作为航空发动机的主要部件之一，在某种程度上对发动机的整体性能起着决定性作用。为了提高涡轮进口温度、保证涡轮叶片在高温环境下工作的可靠性，涡轮叶片冷却技术的应用越来越广泛。镍基单晶高温合金材料只含有一个晶粒，消除了晶界的影响，与等轴晶和定向柱晶相比具有较高的强度、寿命和延伸率，能显著提高涡轮冷却叶片的结构强度和寿命，同时具有耐高温、耐腐蚀、耐氧化、热冲击性能好、组织稳定等优越的综合性能，是涡轮冷却叶片的首选材料。

通常，涡轮冷却叶片上设计大量的气膜孔来提高冷却效率，冷却效率提高的同时，气膜孔的存在损坏了涡轮叶片材料及结构的连续性，改变了气膜孔局部区域的应力应变场及表面状态，在某种程度上会导致叶片结构强度和寿命的降低，因此，需要对叶片结构强度进行分析以及寿命进行预测。

但是，气膜孔在涡轮冷却叶片上密布排列，孔径小，数量多，使得冷却叶片有限元分析时网格划分难度较大，对叶片结构强度分析和寿命预测造成了很大困难。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种能够降低叶片结构强度分析和寿命设计难度的镍基单晶涡轮冷却叶片密排气膜孔的蠕变等效与简化方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开的一个方面，一种镍基单晶涡轮冷却叶片密排气膜孔的蠕变等效与简化方法，其特征在于，包括：

基于晶体塑性理论确定镍基单晶合金蠕变本构方程，并根据密排气膜孔的排布方式，确定镍基单晶涡轮冷却叶片模型的气膜孔密度，引入气膜孔密度函数，确定所述排布方式下的蠕变变形表达式；

根据所述蠕变变形表达式确定蠕变等效参数；

根据所述蠕变等效参数与所述密排气膜孔的排布方式，将密排气膜孔简化为一单个气膜孔；

将所述镍基单晶涡轮冷却叶片模型上的气膜孔简化为一所述单个气膜孔，以获取等效模型。

在本公开的一种示例性实施例中，基于晶体塑性理论确定镍基单晶合金蠕变本构方程，并根据密排气膜孔的排布方式，确定镍基单晶涡轮冷却叶片模型的气膜孔密度，引入气膜孔密度函数，确定所述排布方式下的蠕变变形表达式，包括：

判断模型是否为含密排气膜孔的镍基单晶涡轮冷却叶片模型；

若是，基于晶体塑性理论确定镍基单晶合金蠕变本构方程，并根据密排气膜孔的排布方式，确定所述镍基单晶涡轮冷却叶片模型的气膜孔密度，引入气膜孔密度函数，确定所述排布方式下的蠕变变形表达式。

在本公开的一种示例性实施例中，所述密排气膜孔的排布方式包括三角形排布或四边形排布。

在本公开的一种示例性实施例中，所述蠕变等效与简化方法还包括：

将所述蠕变等效参数代入有限元分析软件进行计算。