[发明专利]一种凹坑型硬物冲击损伤免修极限确定方法

权利要求书

1.一种凹坑型硬物冲击损伤免修极限确定方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，结合航空发动机转速谱、温度谱和坎贝尔图对发动机风扇/压气机叶片稳态应力和至少前六阶的模态振动应力进行提取；

第二步，通过外场调研、模拟试验和应力集中程度分析确定凹坑型硬物冲击损伤最危险形状；

第三步，在叶片叶盆或叶背指定位置添加凹坑型损伤，计算凹坑损伤底部应力分布，计算稳态应力和振动应力下凹坑损伤底部应力强度因子范围ΔK；

第四步，建立高周疲劳载荷下应力比相关的凹坑型损伤裂纹不扩展模型，判断前六阶模态振动载荷下危险形状的凹坑型损伤不发生裂纹扩展时的凹坑深度，即为该阶模态振动载荷下的许用凹坑深度，得到该叶片指定位置凹坑型损伤的免修极限；

第五步，指定叶片叶盆或叶背另一位置，重复第三步和第四步，获得此位置的凹坑型损伤免修极限，直至获得叶片叶盆或叶背所有位置的凹坑型损伤免修极限。

2.根据权利要求1所述的凹坑型硬物冲击损伤免修极限确定方法，其特征在于：所述第一步中，稳态应力σ_sta为发动机风扇/压气机叶片承受的离心力应力、气动应力和热应力的叠加，模态振动应力σ_dyn通过特征频率、固有振型以及模态振动幅值计算得到。

3.根据权利要求1所述的凹坑型硬物冲击损伤免修极限确定方法，其特征在于：所述步骤第二步中，通过凹坑型损伤的外场调研，确定外场典型硬物冲击条件；凹坑型损伤模拟试验在实验室条件下进行，采用轻气炮试验系统进行外场典型冲击速度、冲击角度、硬物类型、硬物形状、硬物尺寸这些试验条件下的凹坑型硬物冲击损伤模拟试验，观测硬物冲击形态和凹坑型损伤形貌建立不同形状的凹坑型损伤几何模型，通过有限元数值分析方法计算不同形状凹坑型硬物冲击损伤的应力集中程度，选择应力集中程度最大的形状作为凹坑型损伤最危险形状。

4.根据权利要求1所述的凹坑型硬物冲击损伤免修极限确定方法，其特征在于：所述步骤第三步中，将第二步中所建立的凹坑型损伤最危险形状的几何模型通过布尔运算的方式添加至叶片的叶盆或叶背指定位置，形成具有凹坑型损伤的叶片几何模型，通过有限元数值分析方法计算凹坑型损伤底部应力分布，采用幂函数分布应力表达式拟合，即：

其中，σ(x)为裂纹面上的应力分布，a为凹坑型损伤的表面裂纹深度，x为沿裂纹扩展方向上的坐标，其坐标原点为单边裂纹与前缘点的交点，σ_i为多项式系数，i为多项式指数，项数n≤7；采用通用权函数法计算稳态应力和振动应力下凹坑损伤底部裂纹尖端应力强度因子范围ΔK_max，即：

ΔK＝K_max-K_min

ΔK_max＝max(ΔK_A，ΔK_B)

其中，K_max和K_min分别为裂纹在循环载荷下的最大应力强度因子和最小应力强度因子，当应力比R0时，K_min≠0，当应力比R≤0时，K_min＝0；K_A与m_A(x,a)和K_B与m_B(x,a)分别为凹坑型损伤底部表面裂纹最深点和表面点的应力强度因子和通用权函数，M_1A、M_2A、M_3A以及M_1B、M_2B、M_3B为通用权函数系数；凹坑型损伤底部裂纹尖端最大应力强度因子范围为裂纹尖端点A点与B点中的最大值；ΔK_max为具有危险形状的凹坑型损伤深度d和裂纹尺寸a的函数。

5.根据权利要求4所述的凹坑型硬物冲击损伤免修极限确定方法，其特征在于：所述表面裂纹为I型裂纹，位于凹坑型损伤的底部，表面裂纹深度为凹坑型损伤底部微观损伤的最大分布深度，通过对第二步得到的凹坑型硬物冲击损伤最危险形状进行金相观测得到。