论文题目: 复杂应力状态镍基单晶高温合金低周疲劳损伤研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 丁智平
导师: 刘义伦,尹泽勇
关键词: 镍基单晶合金,正交各向异性,低周疲劳,复杂应力,损伤
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 镍基单晶高温合金因其优越的高温抗疲劳、抗蠕变性能,已成为制造航空涡轮发动机热端部件的重要材料。镍基单晶合金的低周疲劳损伤是影响镍基单晶合金涡轮叶片寿命的重要方面,但迄今为止国内外对这方面的许多问题还缺乏深入的研究。本文以镍基单晶合金涡轮叶片的寿命分析为工程背景,采用理论分析、数值模拟和试验验证相结合的方法,对镍基单晶合金的热弹塑性行为和高温低周疲劳性能进行了深入的研究,建立了相应的本构关系和寿命预测模型。最后利用ANSYS有限元结构分析软件对某发动机涡轮盘-片系统进行三维非线性循环应力-应变分析,并对镍基单晶合金涡轮叶片的低周疲劳寿命进行了预测。 全文分为两部分:第一部分研究镍基单晶合金的屈服行为和弹塑性本构关系,并进行有限元验证和数值模拟;第二部分进行镍基单晶合金低周疲劳试验研究和寿命预测模型研究,探索疲劳寿命与不同状态参量之间的关系,分别从能量耗散原理和不可逆热力学理论出发,建立两种低周疲劳寿命预测模型,并利用试验数据对模型进行考核验证,进而用于真实构件的计算分析。具体为: 第二章假设镍基单晶合金的屈服函数是由若干应力偏张量的不变量的线性组合构成,用应力偏张量分量的平方乘积项构成的应力不变量考虑正交各向异性材料在偏轴受载时存在的拉、剪应力耦合效应,对Hill屈服准则进行修正,提出新的镍基单晶合金屈服准则,给出了新屈服准则中各向异性参数的确定方法,并重新定义了等效应力和等效应变的表达式,用于各向同性材料,新屈服准则及其等效应力和等效应变则退化为von Mises屈服准则及其相应的等效应力和等效应变。第三章从Druker公设出发,依据联合流动法则,采用等向硬化模型,建立了镍基单晶合金的弹塑性增量型本构关系,并推导出弹塑性矩阵的显示表达式。第四章根据前两章建立的镍基单晶合金弹塑性理论的有关公式,编制有限元分析程序,将其集成到ANSYS软件中,利用镍基单晶合金拉伸试验数据验证上述理论和公式的正确性和实用性,并在此基础上,对镍基单晶合金缺口试样进行热弹塑性循环应力-应变场的数值模拟。 第五章对DD3镍基单晶合金在680℃温度的单向拉伸和低周疲劳试验结果进行分析讨论,探索疲劳寿命与不同状态参量之间的关
论文目录:
第一章 概述
1．1 研究背景和选题依据
1．2 镍基单晶高温合金的力学特性及其影响因素
1．3 镍基单晶高温合金力学行为研究现状
1．4 镍基单晶高温合金低周疲劳寿命研究的必要性
1．5 本文主要工作和研究思路
第二章 镍基单晶高温合金的屈服准则研究
2．1 引言
2．2 任意方向单轴试验的应力分量
2．3 Hill屈服准则和等效应力
2．4 镍基单晶高温合金的屈服准则研究
2．5 各向异性参数的确定及试验验证
2．6 小结
第三章 镍基单晶高温合金弹塑性本构关系研究
3．1 引言
3．2 镍基单晶高温合金的弹性本构关系
3．3 镍基单晶高温合金的塑性本构关系
3．4 镍基单晶高温合金的弹塑性本构关系
3．5 等效塑性应变增量
3．6 硬化参数的确定
3．7 小结
第四章 镍基单晶合金热弹塑性有限元验证及其循环应力应变场数值模拟
4．1 引言
4．2 热弹塑性应力-应变关系
4．3 热弹塑性应力-应变的有限元算法
4．4 DD3镍基单晶合金热弹塑性有限元验证
4．5 DD3镍基单晶合金热弹塑性循环应力应变场数值模拟
4．6 小结
第五章 镍基单晶合金单向拉伸和低周疲劳试验研究
5．1 引言
5．2 DD3镍基单晶合金680℃单向拉伸和低周疲劳试验
5．3 试验结果分析
5．4 小结
第六章 基于能量耗散理论的镍基单晶合金低周疲劳寿命研究
6．1 引言
6．2 循环塑性应变能
6．3 循环塑性应变能与低周疲劳寿命的相关性分析
6．4 疲劳损伤演化方程的建立
6．5 材料常数的确定
6．6 试验验证
6．7 小结
第七章 基于连续介质损伤力学理论的镍基单晶合金低周疲劳寿命研究
7．1 应变能释放率
7．2 晶体取向函数
7．3 疲劳损伤演化方程的建立
7．4 材料常数的确定
7．5 试验验证
7．6 小结
第八章 镍基单晶叶片非线性循环应力-应变分析及低周疲劳寿命预测
8．1 引言
8．2 燃气涡轮盘-片系统有限元循环应力-应变分析
8．3 DD3镍基单晶合金涡轮叶片低周疲劳寿命预测
8．4 小结
第九章 总结
参考文献
致谢
攻读学位期间的主要研究成果
发布时间: 2006-03-28
参考文献
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