[发明专利]一种构件表面裂纹打磨后应力集中系数的计算方法

说明书

本发明一种构件表面裂纹打磨后应力集中系数的计算方法属于废旧构件可再制造性判断领域，涉及一种废旧构件表面裂纹打磨后应力集中系数的计算方法。该方法中，对构件裂纹打磨后通过大量数据分析，借助有限元技术和经典Inglis公式，又考虑缺口应力集中程度受缺口深度和宽度的耦合作用影响，采用了修正Inglis公式，分别推导出了针对大厚度和小厚度的构件表面缺口应力集中系数计算方法。该方法只需要表面缺口的深度和宽度以及构件厚度，就可以预测对应的应力集中系数。该方法不仅仅适用于叶片结构，也适用于近似为平板的构件，方法计算精度高，误差小，为构件裂纹打磨后的应力集中系数的评估提供高可靠度的参考值。

技术领域

本发明属于废旧构件可再制造性判断领域，涉及一种废旧构件表面裂纹打磨后应力集中系数的计算方法。

背景技术

对于航空发动机的风扇叶片、压气机叶片，疲劳断裂是主要的失效形式，疲劳裂纹的存在将严重威胁到叶片的服役安全。航空发动机叶片数量众多，若是直接抛弃含有裂纹的叶片将造成资源浪费和成本压力。再制造工程为航空工业叶片的可持续发展提供了一个有效的解决策略。再制造是以废旧构件或产品为毛坯，采用先进的表面修复技术使其性能达到甚至优胜于新产品性能的制造过程。

开展再制造修复之前，必须对废旧产品进行再制造预处理。再制造预处理目的是去除废旧构件在服役过程中产生的表面污染物及失效状态，有效地与后续检测分类、修复、机加工等工艺环节需求相匹配。表面预处理是再制造工序中的关键环节，表面预处理质量对再制造后续工艺将产生直接影响，决定再制造产品能否达到再制造质量需求。再制造预处理后，仍需对再制造毛坯件开展可再制造性判断。只有当毛坯件具有可再制造价值，才可以进入下一步的可再制造性修复过程。

叶片是一个典型的有限厚度和宽度的近似平板构件，裂纹打磨后将产生一个表面缺口。此时，表面缺口的应力集中系数是开展基于疲劳性能的可再制造性判断关键参数之一。只有获得了表面缺口应力集中系数这一基本缺口性能参数，才可进行后续疲劳强度、疲劳寿命等传统疲劳性能研究。然而，现有缺口研究中主要侧重于边缺口、中心穿透孔洞等具有普遍形式的缺口，有关具体的表面缺口的技术较少。因此，现有研究中尚缺可用于评估表面缺口的应力集中系数的计算方法。

Inglis等人[Inglis C.E.,Stress in A Plate Due to the Presence ofCracks and Sharp Corners,Trans.R.Inst.Nav.Archit.1913 137:3-17.]研究了半椭圆形中心孔的应力集中问题，提出了应力集中系数经验公式，方便了工程应用。随着有限元技术的进步，现如今学者广泛采用有限元软件计算缺口的应力集中系数。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，发明了一种构件表面裂纹打磨后应力集中系数的计算方法。该方法借助有限元技术和经典Inglis公式，又考虑裂纹的深度和宽度的耦合关系，采用了修正Inglis公式进行计算。分别提出了构件为大厚度和小厚度的表面缺口应力集中系数的计算方法。为航空发动机叶片裂纹打磨后的应力集中系数评估提供一套有价值的计算方法。

本发明所采用的技术方案是一种构件表面裂纹打磨后应力集中系数的计算方法，该方法中，构件裂纹打磨后通过大量有限元数据分析，借助有限元技术和经典Inglis公式，又考虑缺口应力集中程度主要受缺口深度和宽度的耦合作用影响，采用了修正Inglis公式，分别推导出了针对大厚度和小厚度的构件表面缺口应力集中系数计算方法。方法的具体步骤如下：

步骤1确定构件裂纹打磨后表面缺口形貌；