某GH4169動(dòng)力渦輪盤(pán)裂紋擴(kuò)展研究.pdf

1、本文利用有限元分析軟件ANSYS和三維裂紋擴(kuò)展分析軟件FRANC3D，通過(guò)裂紋擴(kuò)展仿真計(jì)算和低循環(huán)疲勞試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究某GH4169動(dòng)力渦輪盤(pán)關(guān)鍵部位預(yù)制裂紋的擴(kuò)展過(guò)程，為該輪盤(pán)損傷容限設(shè)計(jì)方法研究提供依據(jù)。本文主要研究工作內(nèi)容如下：
　　(1)采用損傷容限設(shè)計(jì)方法，確定某動(dòng)力渦輪盤(pán)裂紋擴(kuò)展過(guò)程研究方案。根據(jù)某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)工況，折算出旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)上的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速和試驗(yàn)溫度。對(duì)該渦輪盤(pán)進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)分析，將其中心孔、偏心孔作為裂紋擴(kuò)

2、展過(guò)程的考核部位。確定初始缺陷的位置及預(yù)制方法，選擇合適的無(wú)損檢測(cè)方法和低循環(huán)疲勞試驗(yàn)檢查間隔。
　　(2)采用Franc3D軟件分析偏心孔和中心孔處的裂紋擴(kuò)展速率。插入長(zhǎng)度為0.15mm的初始裂紋，計(jì)算中心孔徑向、偏心孔徑向（內(nèi)、外）與周向的裂紋擴(kuò)展過(guò)程，直至裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到材料的斷裂韌度。發(fā)現(xiàn)裂紋擴(kuò)展速率的由快到慢的排序?yàn)?偏心孔徑向（向內(nèi)）＞偏心孔徑向（向外）＞中心孔徑向＞偏心孔周向。繪制出各部位的a～N曲線和⊿K～

3、a曲線，觀察裂紋擴(kuò)展路徑。
　　(3)使用立式旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)，開(kāi)展該動(dòng)力渦輪盤(pán)的低循環(huán)疲勞試驗(yàn)。根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果，在輪盤(pán)偏心孔與中心孔處預(yù)制14個(gè)小缺口。每間隔一定的循環(huán)次數(shù)，取下輪盤(pán)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。當(dāng)輪盤(pán)發(fā)生爆裂時(shí)，切下斷口，在電子顯微鏡下對(duì)斷口進(jìn)行分析，根據(jù)斷口確定的da/dN～a曲線，并且與仿真計(jì)算進(jìn)行對(duì)比。
　　研究結(jié)果表明:輪盤(pán)偏心孔徑向（向內(nèi)）、中心孔徑向、偏心孔周向的裂紋擴(kuò)展速率依次減小;采用裂紋長(zhǎng)度等效方法計(jì)算得到