[发明专利]一种合金零件寿命评估管理方法及系统

说明书

本发明揭示了一种合金零件寿命评估管理方法及系统。该方法包括对合金零件试样进行保载试验获取ε‑N曲线并对其进行拟合插值，对合金零件进行有限元分析，获取危险点应力状态及温度，结合所获取的ε‑N曲线和有限元分析的结果，获得合金零件的保载疲劳寿命，以及根据设计载荷谱获得理论运行时间，并基于Miner线性累积损伤准则对合金零件进行保载疲劳寿命评估。该系统包括保载试验模块、保载试验结果处理模块、有限元分析模块、保载疲劳寿命计算模块，以及寿命评估和管理模块。本发明的合金零件寿命评估管理方法及系统考虑零件在峰值载荷下保载时间的影响，实现了在合金零件服役过程中对寿命的高效评估和管理。

技术领域

本发明涉及合金零件，尤其涉及考虑保载效应的钛合金零件寿命的评估和管理方法。

背景技术

钛合金材料是以钛为基础的合金材料，具有质量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优点，被广泛应用于各种发动机系统中。

据统计，目前为了轻量化和经济性，航空发动机/燃气轮机中近1/3的材料选择了高比强度的钛合金，如常见用于风扇盘、叶盘等。

但钛合金在低温下（一般200摄氏度以下）往往存在保载疲劳现象，结构的疲劳破坏不光与循环的次数N有关，还与单循环保载的时间t有关。此时即使零件循环数较少，但由于在峰值载荷下保载了一段时间，也会导致疲劳破坏问题提前出现。通常表现为在疲劳峰值应力保持加载一段时间，寿命相比传统的循环低周疲劳出现大幅降低。此外，裂纹通常萌生于亚表面，较难在零件服役过程中被有效检测，严重危害航空发动机的安全性和可靠性。

为确保航空发动机/燃气轮机能够安全可靠持久地服役，需要对钛合金零件进行保载寿命评估和寿命管理。

目前在航空发动机/燃气轮机钛合金零件的寿命评估和寿命管理过程中，均是基于钛合金材料三角波循环载荷下的疲劳试验数据，而不考虑零件在峰值载荷下保载时间的影响，即矩形波循环载荷的影响。这样可能会高估部分钛合金在真实运行条件下的疲劳寿命，引发严重的安全事故。

钛合金的保载问题往往具有一个典型特征：疲劳破坏取决于零件在峰值载荷下总的保载时间T，即T=N*t（N为循环的次数，t为单循环保载的时间），可以通过限制总的运行时间T（即总保载时间）保证试验安全。

基于此，本发明针对航空发动机/燃气轮机钛合金零件，提供了一种用于评估其保载寿命的计算方法和保载寿命管理方法及其系统。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征；也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。

本发明考虑保载效应对钛合金疲劳寿命的影响，提出了一种针对航空发动机/燃气轮机钛合金零件疲劳寿命的评估方法和保载寿命管理方法，通过矩形波循环载荷下钛合金零件疲劳寿命模型，引入保载效应对钛合金材料疲劳性能影响，克服了现有技术开展钛合金零件寿命设计偏激进的问题。

本发明的方法也可用于指导其他具有保载效应合金材料的发动机中合金零件的疲劳寿命评估和保载寿命管理。

本发明的一种合金零件寿命评估管理方法，包括：

对合金零件试样进行保载试验获取ε-N曲线，其中ε为总应变，N为寿命；

对所获取的ε-N曲线进行拟合插值；

对合金零件进行有限元分析，获取危险点应力状态及温度；

结合所获取的ε-N曲线和有限元分析的结果，获得合金零件的保载疲劳寿命；以及

根据设计载荷谱获得理论运行时间，并基于Miner线性累积损伤准则对合金零件进行保载疲劳寿命评估。

本发明的一种合金零件寿命评估管理系统，包括：