[发明专利]一种高温蠕变损伤等效加速方法

说明书

本发明公开了一种高温蠕变损伤等效加速方法，引入蠕变损伤容限参数λ，将材料的单轴蠕变性能和蠕变变形考虑进蠕变损伤变量中，同时运用载荷因子Φ，将加载条件作为蠕变损伤变量的指数，根据不同加载条件下材料的蠕变损伤一致的原则，获得长时间工作状态通过损伤等效方法转换到短时间工作状态下的加速时间，其中，加载条件包括应力σ、温度T和最小蠕变速率材料的蠕变损伤等效加速通过以下公式来实现。本发明能够获得长时间工作状态通过损伤等效方法转换到短时间工作状态下的加速时间，是一种考虑材料蠕变性能和加载条件的蠕变损伤等效加速方法。

技术领域

本发明涉及一种高温蠕变损伤等效加速方法，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，因此需要建立材料高温蠕变损伤等效加速的方法。

发明内容

为了实现加速任务试车中对蠕变损伤的等效加速，本发明的目的是提供一种高温蠕变损伤等效加速方法，在确保蠕变损伤等效的情况下将小载荷转换到大载荷下。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高温蠕变损伤等效加速方法，引入蠕变损伤容限参数λ，将材料的单轴蠕变性能和蠕变变形考虑进蠕变损伤变量中，同时运用载荷因子Φ，将加载条件作为蠕变损伤变量的指数，根据不同加载条件下材料的蠕变损伤一致的原则，获得长时间工作状态通过损伤等效方法转换到短时间工作状态下的加速时间，其中，加载条件包括应力σ、温度T和最小蠕变速率材料的蠕变损伤等效加速通过以下公式来实现：

式中，ω为蠕变损伤，为蠕变损伤容限变量，Δε^c为蠕变应变增量，为蠕变最小速率，t_f为蠕变寿命，为载荷因子，σ为应力，T为温度，A、B为材料常数；

为断裂蠕变损伤容限，为蠕变断裂应变；当蠕变损伤Δλ＝λ_f时，材料发生断裂；当材料工作历程中经历两种载荷条件时，累积的蠕变损伤表达式为：

式中，D为累积蠕变损伤，Δλ₁为温度T₁、应力σ₁下工作Δt₁时间后的蠕变损伤容限，Δλ₂为温度T₂、应力σ₂下工作Δt₂时间后的蠕变损伤容限，λ_f1、λ_f2为对应加载条件下断裂蠕变损伤容限；其中为加载条件1对应的载荷因子，为加载条件2对应的载荷因子，A、B为材料常数；当累积蠕变损伤D等于1时，材料发生断裂；若加载条件1下的材料蠕变断裂寿命t_f1大于加载条件2下的材料蠕变断裂寿命t_f2，则通过蠕变损伤等效的方法，将加载条件1下产生的损伤等效到加载条件2下，得到其对应的工作时间Δt'₂，并且有Δt'₂Δt₁，从而实现损伤加速的目的；根据式(2)求得等效蠕变损伤容限然后通过材料在加载条件2下的单轴蠕变试验数据或者本构方程求得工作时间Δt'₂。

该方法包括以下步骤：

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；