[发明专利]一种考虑变幅载荷作用的榫接多通道传力结构全寿命模拟方法

权利要求书

1.一种考虑变幅载荷作用的榫接多通道传力结构全寿命模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)榫接结构裂纹萌生寿命评估：对航空发动机榫接多通道传力结构进行静强度分析，确定榫接结构的应力应变场；通过两对榫齿的榫接结构受旋转离心力，基于榫槽榫齿低周疲劳失效模式，由最大主应力及最大主应变主导，裂纹以角裂纹形式萌生，以各齿中进气面与轴向面夹角处最大主应力值最大的点作为起裂点；选取SWT模型，求解得到各齿的裂纹萌生寿命，以各齿裂纹萌生寿命的最小值作为榫接结构裂纹萌生寿命；

(2)考虑变幅载荷作用的单裂纹扩展分析：当达到裂纹萌生循环数时，在起裂点插入初始圆形角裂纹，其半径取10倍晶粒尺寸值，裂纹面与起裂点最大主应力方向垂直，以裂纹沿进气面方向为A方向，沿轴向面方向为B方向，A、B方向上的裂纹尖端点分别为A、B点；以初始起裂榫齿为第一榫齿S₁，以载荷步将裂纹扩展过程离散化进行分析，其中每个载荷步中各齿载荷保持不变，不同载荷步下各齿载荷不同；令载荷步M＝0，求解有限元模型，获得载荷变化后的各齿应力应变场和裂尖应力强度因子；若裂尖应力强度因子达到断裂韧度K_IC则终止迭代；若裂尖应力强度因子小于断裂韧度K_IC，由裂纹尖端A、B点的裂尖应力强度因子，计算裂尖应力强度因子变程；由Paris公式计算裂纹在该载荷步下在A、B方向的扩展速率，给定扩展循环数ΔN，则可以得到裂纹在A、B方向的扩展长度，求解SWT模型得到其余各齿在该载荷下的裂纹萌生循环数，将其和该载荷步经历的循环数代入损伤累积模型，求解其余各齿累积损伤，若均未达到临界损伤，则令载荷步M＝M+1，回到求解有限元模型的步骤，继续迭代；

(3)考虑变幅载荷作用的多裂纹扩展分析：若在某载荷步内，第二榫齿S₂的累积损伤达到临界损伤，记录该齿达到临界损伤时的循环数和第一榫齿S₁的裂纹在该循环数下A、B方向的长度L_1A和L_1B，令载荷步M＝M+1，并回到插入裂纹步骤，在第一榫齿S₁重新插入椭圆角裂纹，A、B方向长度分别为L_1A和L_1B，在第二榫齿S₂的起裂位置插入初始圆形角裂纹，裂纹面与起裂点处的最大主应力方向垂直，求解有限元模型，得到载荷变化后的各齿应力应变场和各裂纹尖端应力强度因子，若裂尖应力强度因子达到断裂韧度K_IC则终止迭代，若裂尖应力强度因子小于断裂韧度K_IC，则分别计算得到各裂纹在A、B方向的扩展速率，给定扩展循环数ΔN，则可以得到各裂纹在A、B方向的扩展长度，各齿按照裂纹扩展速率和循环次数在A、B方向相应扩展，若在该载荷步下，第三榫齿S₃累积损伤达到临界损伤，则重复上述操作，并令载荷步M＝M+1，回到插入裂纹步骤，重新插入裂纹进行多裂纹扩展迭代分析，若没有其它榫齿累积损伤达到临界损伤，则令载荷步M＝M+1，回到求解有限元模型步骤，进行多裂纹扩展迭代分析；

(4)考虑变幅载荷作用的榫接多通道传力结构全寿命评估：上述迭代过程直至任一裂尖应力强度因子达到断裂韧度K_IC，则结束迭代，输出裂纹长度-寿命曲线，得到裂纹扩展寿命，由步骤(1)计算得到的裂纹萌生寿命，计算得到考虑变幅载荷作用的榫接多通道传力结构全寿命。

2.根据权利要求1所述的一种考虑变幅载荷作用的榫接多通道传力结构全寿命模拟方法，其特征在于：所述步骤(2)以载荷步迭代将裂纹扩展和各齿损伤累积过程离散化进行分析，从而使单裂纹扩展和榫齿损伤累积过程考虑变幅载荷的作用。

3.根据权利要求1所述的一种考虑变幅载荷作用的榫接多通道传力结构全寿命模拟方法，其特征在于：所述步骤(3)考虑变幅载荷作用下的多齿起裂情况，当多裂纹存在时，以载荷步将多裂纹扩展过程离散化进行分析，分别计算各载荷步下各裂纹的裂尖应力强度因子和扩展速率，考虑在变幅载荷作用下多裂纹扩展的过程。

4.根据权利要求1所述的一种考虑变幅载荷作用的榫接多通道传力结构全寿命模拟方法，其特征在于：所述步骤(3)保证每个载荷步，各裂纹能够按照各自裂尖应力强度因子相应扩展，从而保证榫接多通道传力结构多裂纹长度符合实际。