[发明专利]一种面向航空发动机轮盘结构寿命分析的晶粒尺寸修正方法

摘要

本发明涉及一种面向航空发动机轮盘结构寿命分析的晶粒尺寸修正方法，针对不同部位取样的标准试样开展金相分析，引入平均晶粒尺寸对现有的确定性寿命模型进行修正以提升预测精度；针对标准试样试验数据，建立概率寿命模型，定量描述材料性能的分散性；最后将确定性模型的损伤参数与概率模型相结合，建立晶粒尺寸修正的概率寿命模型。以疲劳寿命模型为基础，引入平均晶粒尺寸对寿命模型进行修正，明显提高了寿命模型的预测精度。进一步对确定性的晶粒尺寸修正寿命模型进行了概率化，可保证确定性寿命预测结果精度的同时，实现了对寿命数据分散性的定量描述。

主权项

1.一种面向航空发动机轮盘结构寿命分析的晶粒尺寸修正方法，其特征在于：该方法实现步骤如下：步骤(1)、轮盘不同部位标准试样取样：首先对轮盘进行有限元分析，将轮盘的材料属性和确定性载荷输入，进行轮盘结构的详细三维应力、应变分析分析，得到轮盘结构的应变、应力、位移的分析结果；然后，针对轮盘结构的可能发生疲劳失效的危险部位，从轮盘盘坯上进行标准试样取样，由于轮盘在实际工作过程中周向载荷较大，因此标准试样取样方向主要为弦向；为了研究盘坯不同部位的材料性能差异，从盘心到盘缘的方向上进行取样，取样点的数量和距离按照盘坯大小和材料性能差异确定，不少3个；步骤(2)、标准试件疲劳试验：利用疲劳试验机开展标准试件的循环疲劳试验；根据轮盘有限元分析结果，确定危险部位的载荷水平，然后依据材料手册数据和轮盘要求的寿命范围确定标准试样的载荷水平，以保证标准试样的寿命范围能够将轮盘危险部位的寿命范围包含在内，为寿命评估提供支持；依据材料的载荷水平和损伤特征，确定疲劳试验条件；如果试验的载荷水平相对较高，材料出现明显的塑性应变，试验寿命范围全部位于低循环疲劳寿命范围内，此时应变为主要的损伤参数，因此在开展标准试样疲劳试验时采用应变控制；反之，采用应力控制方式，由此得到各载荷水平下的疲劳寿命数据；步骤(3)、金相分析和晶粒尺寸统计：在标准试件疲劳试验的基础上，对比相同载荷下不同取样位置试样的金相图，得到存在明显差异的不同取样位置试样的晶粒大小，将同载荷水平下试样的试验寿命和晶粒尺寸分别除以平均寿命和晶粒尺寸，获得无量纲化之后的疲劳寿命与平均晶粒尺寸之间的关系；步骤(4)、概率寿命模型建立：依据标准试样的疲劳寿命数据，建立符合材料损伤特征的确定性疲劳寿命模型；然后通过对寿命模型中的材料参数的分布进行假设，或者假设输入载荷参数和寿命的分布类型并将试验数据作为整体进行分析，实现寿命模型的概率化，从而建立相应的概率寿命模型，然后分析寿命预测结果精度；如果概率寿命模型精度未达到要求，则重新选取疲劳寿命模型直至达到预期精度；步骤(5)、概率寿命模型修正：基于步骤(4)所得的确定性疲劳寿命模型，根据标准试样疲劳寿命与晶粒尺寸之间的关系，引入平均晶粒尺寸参数对模型进行修正，以反映晶粒尺寸对材料疲劳寿命的影响；然后基于晶粒尺寸修正的疲劳寿命模型，通过回归分析方法，获取寿命模型中材料参数，从而建立相应的晶粒尺寸修正的概率寿命模型；步骤(6)、对于轮盘，基于晶粒尺寸修正的概率寿命模型，取试样平均晶粒尺寸的最大值，和设定轮盘从盘心到盘缘存在晶粒尺寸从小到大的微观组织梯度，获得轮盘结构不同部位材料组织性能差异对轮盘寿命可靠性分析结果的影响。