[发明专利]一种存在应力集中的透平发动机叶片疲劳极限确定方法有效

专利信息
申请号: 201910747432.1 申请日: 2019-08-14
公开(公告)号: CN110595894B 公开(公告)日: 2020-09-18
发明(设计)人: 牛序铭;孙志刚;赵旭;宋迎东 申请(专利权)人: 南京航空航天大学
主分类号: G01N3/10 分类号: G01N3/10;G01N3/18;G01N3/38
代理公司: 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249 代理人: 陈国强
地址: 210016 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 存在 应力 集中 透平 发动机 叶片 疲劳极限 确定 方法
【说明书】:

发明公开了一种存在应力集中的透平发动机叶片疲劳极限确定方法,包括以下步骤:分别进行叶片用材料标准光滑试验件常温准静态拉伸实验、叶片用材料标准光滑试验件高温准静态拉伸实验,以获得基础材料属性;分别进行叶片用材料标准光滑试验件常温高周疲劳实验、叶片用材料标准光滑试验件高温高周疲劳实验、叶片用材料缺口试验件常温高周疲劳实验、叶片用材料缺口试验件高温高周疲劳实验,以获得叶片用材料的等寿命曲线;进行实际叶片高周疲劳实验,以确定常温下叶片疲劳极限;考虑应力集中效应和温度对服役状态的叶片疲劳极限造成的影响,确定实际叶片疲劳极限。本方法的设计实验简单、成本低;所确定的疲劳极限结果较精确,提高了结果精确度。

技术领域

本发明属于透平机械技术领域,尤其涉及一种存在应力集中的透平发动机叶片疲劳极限确定方法。

背景技术

汽轮机主要应用于电厂、舰艇动力系统,在服役过程中存在服役期时间长、连续工作时间长等特点,为保证其在服役过程满足安全性和可靠性要求,需对叶片进行相应的高周疲劳试验,并通过与材料标准试样高周疲劳试验结果进行对比,反推叶片在实际使用过程中的寿命,为汽轮机的研制定型提供依据。但是叶片往往存在应力集中,且确定叶片疲劳极限的方法繁杂,其确定的疲劳极限也存在着很大的差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种存在应力集中的透平发动机叶片疲劳极限确定方法,以解决现有技术中存在的叶片往往存在应力集中,且确定叶片疲劳极限的方法繁杂,其确定的疲劳极限也存在着很大的差异的问题。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:

一种存在应力集中的透平发动机叶片疲劳极限确定方法,包括以下步骤:

步骤1,分别进行叶片用材料标准光滑试验件常温准静态拉伸实验、叶片用材料标准光滑试验件高温准静态拉伸实验,以获得透平叶片用材料的基础材料属性;

步骤2,分别进行叶片用材料标准光滑试验件常温高周疲劳实验、叶片用材料标准光滑试验件高温高周疲劳实验、叶片用材料缺口试验件常温高周疲劳实验、叶片用材料缺口试验件高温高周疲劳实验,以获得叶片用材料的等寿命曲线;

步骤3,进行实际叶片高周疲劳实验,以确定常温下叶片疲劳极限;

步骤4,考虑应力集中效应和温度对服役状态的叶片疲劳极限造成的影响,确定实际叶片疲劳极限。

所述步骤1中,基础材料属性包括弹性模量、屈服强度和抗拉强度。

所述步骤1中,叶片用材料标准光滑试验件常温准静态拉伸实验在电液伺服疲劳试验机上进行;叶片用材料标准光滑试验件高温准静态拉伸实验在带高温炉电液伺服拉扭疲劳试验机上进行。

所述步骤2中,叶片用材料标准光滑试验件常温高周疲劳实验、叶片用材料标准光滑试验件高温高周疲劳实验、叶片用材料缺口试验件常温高周疲劳实验、叶片用材料缺口试验件高温高周疲劳实验分别进行应力比为R=-1、R=0及另外几组不同应力比R的高循环疲劳试验,其中一组应力比R应尽可能接近于1,通过控制载荷的变化找到不同应力比下的疲劳极限,获得材料的等寿命曲线。

所述步骤2中,叶片用材料标准光滑试验件常温高周疲劳实验、叶片用材料缺口试验件常温高周疲劳实验在高频疲劳试验机上进行。

所述步骤3中,实际叶片高周疲劳实验在电磁激振器上完成,其控制方式为加速度闭环控制并人工监控叶片振幅的方式。

所述步骤3中,实际叶片高周疲劳实验采用扫频的方法获得透平叶片共振频率。

所述步骤3中,实际叶片高周疲劳实验中,叶片部分振动应力取决于叶片振幅;叶片试验过程中的振幅根据有限元谐响应分析获得。

所述步骤3中,实际叶片高周疲劳实验开始前首先采用渗透探伤剂探测叶片表面是否存在初始损伤。

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