本書針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)鎳基單晶高溫合金材料，系統(tǒng)開展原始疲勞質(zhì)量評估研究。全書共8章，主要涉及原始疲勞質(zhì)量評估理論、疲勞裂紋原位測試技術(shù)、葉片應(yīng)力集中部位疲勞壽命預(yù)測與強(qiáng)度評估，從材料級、模擬件級、葉片級全方位總結(jié)原始疲勞質(zhì)量評估方法和疲勞壽命預(yù)測框架，旨在為工程實(shí)踐提供先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論、方法和應(yīng)用技術(shù)參考。
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國家自然科學(xué)基金：發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪單晶葉片壽命分析和晶體取向優(yōu)化設(shè)計(jì)
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片概述 1
1.1.1 渦輪葉片重要性及工作原理 1
1.1.2 渦輪進(jìn)口溫度提升需求與性能參數(shù)的影響 2
1.1.3 渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)發(fā)展 5
1.1.4 渦輪葉片材料的發(fā)展 9
1.2 鎳基單晶高溫合金結(jié)構(gòu)完整性與強(qiáng)度壽命 13
1.2.1 鎳基單晶高溫合金的生產(chǎn)制造 13
1.2.2 渦輪葉片主要缺陷及其對強(qiáng)度壽命的影響 16
1.3 疲勞設(shè)計(jì)的損傷容限法 23
1.4 原始疲勞質(zhì)量評估的關(guān)鍵科學(xué)問題 25
參考文獻(xiàn) 28
第2章 表面形貌對鎳基單晶高溫合金疲勞性能影響研究 34
2.1 引言 34
2.2 試驗(yàn)方法與結(jié)果 35
2.2.1 試驗(yàn)材料及方法 35
2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果 37
2.3 表面微觀形貌彈性等效簡化模型 46
2.3.1 等效理論 46
2.3.2 三維表面計(jì)算模型 47
2.3.3 表面粗糙度的等效簡化模型 52
2.3.4 等效結(jié)果對比 54
2.3.5 應(yīng)力集中系數(shù)與表面粗糙度關(guān)聯(lián) 57
2.4 考慮表面粗糙度的疲勞壽命預(yù)測分析 60
2.4.1 晶體塑性理論 60
2.4.2 基于晶體塑性理論的疲勞損傷模型 63
2.4.3 彈塑性拉伸等效 66
2.4.4 不同表面粗糙度的疲勞壽命預(yù)測 68
2.5 本章小結(jié) 74
參考文獻(xiàn) 75
第3章 不同制孔工藝下鎳基單晶氣膜孔裂紋萌生與擴(kuò)展行為 77
3.1 引言 77
3.2 疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn) 78
3.2.1 材料和試件 78
3.2.2 試驗(yàn)方法與步驟 79
3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析 81
3.3.1 氣膜孔表面質(zhì)量分析 81
3.3.2 氣膜孔孔邊力學(xué)性能測試 86
3.3.3 典型裂紋擴(kuò)展路徑及斷裂形貌 90
3.4 不同制孔工藝下疲勞影響因素定量分析 93
3.4.1 主滑移系的確定 93
3.4.2 制孔錐度的影響 99
3.4.3 再鑄層的影響 101
3.4.4 殘余應(yīng)力的影響 103
3.5 裂紋萌生與擴(kuò)展機(jī)制 105
3.6 本章小結(jié) 107
參考文獻(xiàn) 107
第4章 基于TTCI法的原始疲勞質(zhì)量評估理論 110
4.1 引言 110
4.2 EIFS評估理論 111
4.2.1 初始缺陷尺寸 111
4.2.2 當(dāng)量初始裂紋尺寸概率分布 112
4.2.3 隨機(jī)裂紋擴(kuò)展概率描述與EIFS 分布更新 119
4.2.4 安全斷裂長度的確定 126
4.3 安全斷裂疲勞壽命預(yù)測框架與試驗(yàn)算例 129
4.3.1 安全斷裂疲勞壽命預(yù)測框架 129
4.3.2 不同溫度下疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn) 130
4.3.3 EIFS 求解與疲勞全壽命預(yù)測 131
4.4 本章小結(jié) 141
參考文獻(xiàn) 142
第5章 考慮初始損傷的氣膜孔結(jié)構(gòu)低周疲勞壽命預(yù)測 144
5.1 引言 144
5.2 EIFS確定方法 145
5.2.1 疲勞強(qiáng)度與疲勞裂紋萌生之間的聯(lián)系 145
5.2.2 塑性區(qū)大小 151
5.3 材料與試驗(yàn) 156
5.4 EIFS 計(jì)算流程與結(jié)果 159
5.4.1 兩種試件的疲勞極限確定與分析 159
5.4.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子 162
5.4.3 兩種應(yīng)力強(qiáng)度因子門檻值 171
5.4.4 EIFS計(jì)算結(jié)果 174
5.5 裂紋擴(kuò)展率與疲勞壽命預(yù)測 177
5.6 本章小結(jié) 183
參考文獻(xiàn) 184
第6章 不同溫度下氣膜孔結(jié)構(gòu)低周疲勞壽命預(yù)測 188
6.1 引言 188
6.2 通用EIFS 確定方法 189
6.2.1 不同應(yīng)力集中EIFS 求解模型 189
6.2.2 鎳基單晶小裂紋擴(kuò)展閉合效應(yīng) 196
6.2.3 鎳基單晶裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力描述模型 198
6.2.4 概率疲勞壽命預(yù)測 201
6.3 材料與試驗(yàn) 203
6.4 氣膜孔裂紋擴(kuò)展行為與疲勞壽命預(yù)測 205
6.4.1 裂紋擴(kuò)展路徑與萌生斷裂機(jī)理 205
6.4.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子的有限元求解 207
6.4.3 EIFS分布的確定 208
6.4.4 不同溫度下疲勞壽命的確定 218
6.5 本章小結(jié) 225
參考文獻(xiàn) 226
第7章 不同傾角氣膜孔結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測 229
7.1 引言 229
7.2 材料與試驗(yàn) 230
7.2.1 材料與試件 230
7.2.2 試驗(yàn)步驟與斷裂試件 232
7.3 飛秒脈沖激光三維螺旋制孔數(shù)值仿真 232
7.3.1 三維螺旋制孔過程固-液-氣三相統(tǒng)一模型 232
7.3.2 制孔過程熱彈性應(yīng)力模型 236
7.4 考慮裂紋幾何的鎳基單晶裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力 238
7.4.1 應(yīng)力強(qiáng)度因子的求解 238
7.4.2 單晶復(fù)合型裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則 241
7.4.3 孔邊應(yīng)力強(qiáng)度因子求解模型 243
7.5 氣膜孔結(jié)構(gòu)疲勞失效機(jī)理與斷裂模型 245
7.5.1 不同傾角孔邊溫度場與應(yīng)力場 245
7.5.2 裂紋擴(kuò)展路徑與斷口形貌 248
7.5.3 氣膜孔結(jié)構(gòu)斷裂特性 251
7.5.4 裂紋擴(kuò)展率與疲勞壽命預(yù)測 254
7.6 本章小結(jié) 260
參考文獻(xiàn) 261
第8章 考慮制造初始狀態(tài)鎳基單晶渦輪葉片可靠性分析 264
8.1 引言 264
8.2 鎳基單晶渦輪葉片隨機(jī)變量概率分布特征 265
8.2.1 氣膜孔幾何參數(shù)概率分布特征 265
8.2.2 晶體取向概率分布特征 268
8.2.3 材料參數(shù)概率分布特征 270
8.2.4 載荷概率分布特征 271
8.3 鎳基單晶渦輪葉片可靠性分析 271
8.3.1 可靠性分析步驟 271
8.3.2 渦輪葉片氣膜孔幾何參數(shù)偏差可靠性分析 276
8.3.3 渦輪葉片晶體取向偏差可靠性分析 281
8.3.4 渦輪葉片材料參數(shù)可靠性分析 283
8.3.5 渦輪葉片載荷可靠性分析 285
8.3.6 基于近似模型的渦輪葉片可靠性分析 286
8.4 鎳基單晶渦輪葉片可靠性靈敏度分析 292
8.5 本章小結(jié) 294
參考文獻(xiàn) 295
附錄A 晶體取向與裂紋擴(kuò)展 296
A1 歐拉角定義晶體取向與彈性常數(shù) 296
A2 晶體取向與裂紋傾角對裂紋擴(kuò)展影響 298
參考文獻(xiàn) 300
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