某型发动机盘LCF试验设计方案可靠性分析

分析了针对某型发动机风扇盘、压气机盘和涡轮盘等5项低循环疲劳(LCF)寿命试验的设计方案,计算得出了以上试验件在到达给定寿命时的可靠度和故障率,并与标准要求进行了对比。针对可靠度和故障率无法达标的问题提出了改进方案。

INFLUENCE OF DWELL TIME ON HIGH TEM-PERATURE LOW CYCLE FATIGUE (HTLCF) BEHAVIOR IN AN Nd-BEARING NEAR-α TITANIUM ALLOY

The influences of strain amplitude ranges and dwell time at peak strains on the low cycle fatigue (LCF) properties at 600℃ of a new near α high temperature titanium alloy containing rare earth Nd are investigated. The creep fatigue interaction behavior is discussed in this paper in terms of a creep fatigue interaction cumulative law and fatigue crack propagation model. The results show that the creep fatigue interaction is largely dependent on the strain amplitude range, and the tensile dwell periods, as well as compressive dwell periods, have a great influence on the LCF life of this alloy.

热预应变对反应堆压力容器材料断裂行为影响研究

压水堆核电站反应堆压力容器(RPV)辐照脆化问题是制约其长期安全服役的主要因素,现有的美国ASME和法国RCC-M规范尚未充分考虑RPV用钢(铁素体材料)的热预应力(WPS)对断裂评价的有益影响。针对某RPV材料(16 MND 5),采用标准CT试样进行室温加载(L)、保持载荷降低测试温度(C),最后加载直至断裂(F)的测试方案(LCF的测试过程)。试验结果表明,在LCF的最后低温断裂阶段,RPV材料实际断裂韧度为基于RCC-M规范预测结果的两倍左右,也明显高于主曲线预测的断裂失效概率为95%对应的材料断裂韧度。因此,在RPV寿期末的脆性断裂评价中,考虑WPS效应会显著提高其安全性能评估裕量。

后处理工艺对激光选区熔化Hastelloy-X合金微观组织及力学性能的影响

采用激光选区熔化技术制备了Hastelloy-X合金,并进行了热处理和热等静压工艺,研究不同后处理工艺下合金的微观组织、高温拉伸性能和低周疲劳性能,并对疲劳失效机理进行分析。结果表明:沉积态样品中存在较多的未熔粉、气孔和微裂纹等缺陷,热处理工艺对该类缺陷无明显改善,热等静压工艺可以很好地消除沉积态中存在的缺陷,合金的相对致密度提升至99.9%;热处理后,合金在815℃下的抗拉强度和塑性较沉积态有一定的提升;热等静压后,合金的抗拉强度下降,塑性提升;热处理后合金的低周疲劳寿命仅为热等静压后合金的一半;合金中的未熔粉和夹杂物所在位置是疲劳裂纹源形成的主要位置,热等静压工艺可以很好地消除合金的内部缺陷,大大提高样品的疲劳寿命。

镍基粉末高温合金中的夹杂物

介绍了用等离子旋转电极法(PREP)制造的镍基高温合金粉末中的夹杂物及其对热等静压(HIP)和[热等静压+锻造(F)]成形件组织和性能的影响。通过掺夹杂物试验结果,系统阐述了尺寸为50～500μm的不同类型夹杂物在HIP和(HIP+F)态的形貌及其对粉末高温合金低周疲劳寿命的影响,并提出了去除和控制夹杂物的有效措施。

轮盘低循环疲劳寿命预测方法研究及试验验证

针对轮盘低循环疲劳载荷非对称及其主要寿命区限,提出了一种简化的Walker应变寿命预测模型,在寿命预测中考虑了轮盘危险部位数目的影响。进行了GH4133材料轴向应变控制的低循环疲劳试验;设计了涡轮盘低循环疲劳试验件,在旋转试验器上进行了涡轮盘的高温低循环疲劳试验。结果表明:轮盘低循环疲劳寿命预测方法是有效的,对试验涡轮盘的寿命预测精度在2倍散度以内。

增压器压气机叶轮低周疲劳强度有限元计算分析

作为涡轮增压器的核心零件,压气机叶轮主要失效模式是低周疲劳破坏。为了获得某新设计压气机叶轮的低周疲劳极限强度,确定叶轮低周疲劳试验转速,应用ANSYS有限元软件,主要考虑离心应力,采用周期循环模型、选用20节点等参单元计算方法、对该叶轮进行了强度计算和分析,得到了该叶轮的应力-转速曲线,为叶轮低周疲劳试验提供了理论依据。

深圳农业面源污染与近岸水体富营养化关系研究 Ⅰ.农业陆源排污分析

主要从深圳市农业对水体的陆源污染包括农田化肥流失和畜禽养殖业排污等污染源出发,通过对农业化肥施用量和施用强度、畜禽养殖业排污变化趋势分析,估算出二者各自污染物排放量,探讨其与深圳近海水体污染变化趋势间的关系。对相关数据分析表明:(1)深圳市农业化肥流失是深圳近海水体富营养化成因之一,其在1994年之后对近海水体污染程度加大;(2)深圳市畜禽养殖业排污是深圳近海水体富营养化主要成因之一,其在1997年之后对近海水体污染程度加大;(3)农业化肥流失和畜禽养殖业排污主要受农业用地面积、农业政策的影响。

FGH95镍基高温合金粉末中的夹杂及其对合金疲劳性能的影响

本文系统研究了FGH95粉末高温合金的原始粉末和粉末处理过程中夹杂的性质 (成分、分类和形貌 )以及夹杂对材料低周疲劳性能的影响 ,建立了夹杂的位置和尺寸与LCF性能的关系曲线。

金属低周疲劳的能量耗散与热发射

金属疲劳是一个能量耗散过程 ,其中主要的能量耗散形式包括内耗热和储能。储能是材料缺陷数量、分布及损伤状态的宏观体现 ,它需要借助于材料的热发射间接地获得。本文利用细小热敏电阻测量了 4 0 Cr Ni Mo A,80 90和 TC4三种材料在低周疲劳过程中的热发射规律 ,试验中观察到了温度涨落现象 ,发现热发射与材料的热传导系数、疲劳寿命和加载频率有关 。

一种确定低周应变疲劳应变-寿命曲线的方法

基于Manson-Coffin方程处理低周应变疲劳应变-寿命曲线，提出了一种在短寿命区用低周应变疲劳试验数据，长寿命区（5000周～50000周）用高周疲劳试验数据联合确定材料的高温低周应变疲劳应变-寿命曲线的方法。联合处理方法的应用将不再需要进行应变控制的长寿命小应变的疲劳试验，节约了试验经费，缩短了试验周期。用GH141合金760℃的低周应变疲劳和高周疲劳数据对该方法进行了验证，验证结果发现：联合处理方法和单纯的Manson-Coffin方程处理得到的应变-寿命曲线吻合很好。联合处理方法可以用来确定高温低周应变疲劳应变-寿命曲线。

某发动机涡轮叶片使用寿命可靠性分析

发动机的载荷谱是发动机结构寿命研究的依据.利用某短寿命发动机的开车数据,对其高压涡轮叶片使用寿命进行了预测.建立了发动机等效寿命消耗计算模型,采用数据压缩处理技术,有效地提取了发动机的工作载荷.根据发动机短使用寿命这一特点,用威布尔分布模型描述此发动机涡轮叶片寿命分布,建立了发动机寿命可靠性模型,采用不完全寿命数据的中位秩法对发动机叶片寿命进行可靠性计算.随着可靠性增长,发动机寿命不断提高,考虑样本的时效性,用动态的威布尔分布模型来描述此发动机可靠性的增长,以便发动机在研制过程中的可靠性评估.

预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究

大多数工程断裂是因疲劳而引起的,所以金属材料的低周疲劳和裂纹扩展速率性能一直受到安全设计部门的关注。长久以来,国内外学者在建立金属材料低周疲劳行为和裂纹扩展速率性能之间的关系方面进行了多材料和多角度的研究。基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹扩展失效准则,提出用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。针对国内外相关工作的研究,基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹尖端循环塑性区内的应变能失效准则,提出一个可用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。借助已发表的15种金属材料对应的低周疲劳和裂纹扩展速率性能数据,详细分析和比较所提出的预测模型与其他6种预测模型的预测规律和结果。研究表明,所提出的预测模型能够预测更广泛的金属材料疲劳裂纹扩展速率,并且较其他6中预测模型更符合安全设计的理念。

基于等效结构应力的钢框架焊接梁柱节点低周疲劳评估

在地震作用下钢框架梁柱焊接节点会发生低周疲劳现象,进而导致结构发生破坏。本文基于等效结构应力法提出一种高层钢框架梁柱焊接节点低周疲劳评估方法。首先,结合有限元多尺度模拟方法,建立包含翼缘及腹板焊缝细节的钢框架梁柱焊接节点多尺度模型。其次,利用不同单元尺寸多尺度模型,验证结构应力的网格不敏感特性,进而通过等效结构应力法评估钢框架梁柱焊接节点的疲劳寿命。结果表明,采用等效结构应力法可消除网格的敏感性,在往复荷载作用下,靠近工艺孔焊缝应力水平高于远离工艺孔焊缝,翼缘中心焊缝寿命最低,裂纹最先产生于翼缘焊缝中心处,评估方法为实际工程提供技术支持。

高精度模数转换器积分非线性建模与校正

积分非线性(INL)是影响ADC性能重要的参数。文中采用基于建立动态模型的方法,对高精度模数转换器芯片AD6645的积分非线性进行建模与校正,使得AD6645的性能得到大幅提升。测试结果表明,在30 MHz带宽范围内,ADC的无杂散动态范围、信纳比和有效位数等指标均得到提高。另外,此校准算法具有一定的普适性,有望适用于所有流水线ADC的校准。

轮盘低周疲劳寿命可靠性分析新方法

从Ｍａｎｓｏｎ－Ｃｏｆｉｎ公式出发，建立了新的低周疲劳寿命失效临界函数及其对随机变量的导数公式，并结合概率有限元法求得轮盘低周疲劳寿命的可靠度，从而解决了采用Ｌａｎｄｇｒａｆ寿命公式的不足。结果表明，本文所提出的新方法在发动机轮盘应变水平范围更趋合理，且结果偏安全。

不同应变比下GH3030合金的高温低周疲劳行为

对镍基高温合金GH3030在600℃进行了总应变控制的低周疲劳(LCF)试验,对不同应变比(-1和0.1)下的应力-应变滞后回线、循环应力响应、应变寿命关系及低周疲劳断口形貌进行了研究。结果表明:在高应变水平时,试验合金表现为明显的循环硬化现象,在低应变水平下,则表现先软化后硬化的现象;在不同的应变比下,应力-应变滞后回线的形状比较接近,同一应变水平下疲劳寿命差别不明显,疲劳断口裂纹扩展区均可见轮胎花样特征。

基于三参数幂函数的低周疲劳寿命预测方法研究

为了找到能够更好地预测材料低周疲劳寿命的方法,基于三参数幂函数公式,对引起材料疲劳损伤的原因进行分析,提出了描述损伤能密度与疲劳寿命关系的寿命预测模型。采用高温合金与钛合金等多种材料的低周疲劳试验数据对提出的模型进行分析验证,并将分析结果与传统的Masson-Coffin模型和三参数幂函数公式的分析结果进行对比。结果表明:所提出的损伤能密度模型对不同条件下的材料数据的拟合效果较好,七种不同条件下的材料数据拟合结果中,有六种的相关系数大于0.9,且所有条件下的寿命预测点都在2倍分散带以内,精度高于另两种模型,并且该模型能够确切地描述引起材料低循环疲劳损伤的原因,简洁明了。

基于Walker等效应变的涡轮盘低周疲劳寿命预测

基于Walker应变寿命预测模型在103 ～ 105范围变化趋势的基础上,提出了一种简化的Walker应变寿命预测模型,应用简化模型对发动机涡轮盘的低循环疲劳寿命进行了预测.采用GH4133合金的试验数据对简化模型进行验证;采用不同方法对涡轮盘的寿命进行预测,并与涡轮盘的试验值进行比较.结果表明：本工作简化模型预测精度较高,涡轮盘的寿命预测值与试验结果吻合较好,并且简化模型简单明了.

化学法细化高温合金K4169的低周疲劳性能研究

采用一种新型中间合金复合细化剂,在常规生产工艺条件下对高温合金K4169铸件进行了晶粒细化。测试了常规工艺和细晶铸造工艺两种试样的常温和中温(700℃)条件下的低周疲劳性能。结果表明,这一新型工艺方法能有效细化高温合金K4169晶粒。细晶试样的室温低周疲劳性能有较大的提高,且数据的分散性有所改善;在中温时,疲劳寿命的优劣和疲劳应变幅有关:在小应变幅条件下,细晶仍然有较高的疲劳寿命,在大应变幅条件下,细晶疲劳寿命比粗晶有所降低,但数据的稳定性较好。