叶片材料FV520B-1超高周疲劳寿命预测及基于疲劳损伤的可再制造性判断研究

发布时间：2020-05-04 06:53

【摘要】：离心压缩机是衡量一个国家工业发展水平的重要标准,其核心部件是高强度钢FV520B-I叶片。开展废旧FV520B-I叶片的再制造能够有效的节约资源、减少能耗、避免环境污染,是实现可持续发展的重要途径。根据废旧叶片的损伤程度及其剩余寿命等因素,探索新的可再制造性判断方法是废旧叶片再制造所面临的关键问题。目前国内外对废旧叶片可再制造性评价体系尚不完善,本文在国家973计划项目(机械装备再制造的基础科学问题,编号:2011CB013400)的支持下,基于经典的疲劳理论,揭示超高周疲劳失效竞争机理,建立FV520B-I叶片基于不同疲劳损伤的剩余寿命预测模型,提出基于疲劳损伤的可再制造性判断方法,实现压缩机叶片可再制造性评价的定量表征。本文主要开展以下工作:1.表面与内部疲劳失效竞争分析。基于断裂力学,在不同表面粗糙度条件下,结合不同疲劳损伤的疲劳强度模型,揭示了高强度钢表面和内部疲劳失效竞争机理。分析叶片在不同损伤情况下疲劳失效的主要因素,提出表面与内部疲劳失效竞争模型。2.FV520B-I基于内部夹杂物的疲劳寿命预测研究。分析叶片材料FV520B-I超高周内部疲劳失效机理,基于Murakami模型,融入叶片实际工况参数,提出适用于FV520B-I的疲劳强度计算模型;基于Paris公式及能量耗散理论,结合超高周疲劳试验,得到与材料FV520B-I相关的材料性能参数,建立了基于内部夹杂物的FV520B-I超高周疲劳寿命预测模型。3.FV520B-I基于表面微观缺陷的疲劳寿命预测研究。开展FV520B-I基于不同粗糙度的超高周疲劳试验,分析表面微观缺陷对材料FV520B-1超高周疲劳寿命的影响,以表面粗糙度Ra定量表征表面微观缺陷。结合超声疲劳试验,参考经典Paris公式,建立了基于表面微观缺陷的FV520B-I疲劳寿命预测模型。4.超声加载频率对FV520B-I疲劳寿命的影响研究。开展材料FV520B-I超声疲劳试验与常规疲劳试验比较研究,以Basquin公式为基础,提出了超声疲劳试验数据与常规疲劳试验数据之间的转换模型,并对FV520B-I超高周疲劳寿命模型进行修正。5.FV520B-I叶片基于疲劳损伤的可再制造性判断。基于FV520B-I超高周疲劳寿命预测模型与现有的可再制造性评价体系,根据剩余疲劳寿命与可再制造性之间的逻辑关系,得到了基于疲劳损伤的可再制造临界阈值与可再制造性判断指标,提出了基于疲劳损伤的可再制造性判断方法。本文将疲劳失效机理、疲劳寿命预测及可再制造性判断三者有机的结合起来,为FV520B-I叶片疲劳寿命预测及可再制造性判断研究开辟了新的途径,具有重要的理论与实践意义。
【图文】：

的应力强度因子幅值与疲劳裂纹扩展速率之间的映射关系，提出了著名的Ｐａｒｉｓ公式。逡逑该公式能够很好的描述疲劳裂纹扩展阶段的速率变化，并进一步应用至疲劳裂纹扩展寿逡逑命的预测，如图１．１所示。逡逑￣邋＝邋（１．２）逡逑ｄＮ邋Ｖ邋’逡逑图１．１中，，Ａ／Ｔｔｈ为应力强度因子门槛值，是与材料相关的参数；尺１（：表示Ｉ型裂纹的逡逑断裂初度。逡逑％逡逑｜逦ｉ邋Ｊ逡逑！邋Ｊ逡逑ｒ邋！！逡逑逦Ｌ＿ｉ逦＾逡逑Ａ邋Ｋａ逦Ｋｉｃ逦匕邋ｋ逡逑图１．１邋Ｐａｒｉｓ公式逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋Ｐａｒｉｓ邋ｆｏｒｍｕｌａ逡逑随着Ｐａｒｉｓ公式的提出及广泛应用，很多学者以Ｐａｒｉｓ模型为基础对其进行了更加深逡逑入的研究与修正。Ｆｏｒｍａｎ１７２１以应力比对疲劳裂纹扩展的影响为研究核心，对Ｐａｒｉｓ公式逡逑进行了修正，提出了著名的Ｆｏｒｍａｎ公式。Ｌａｎｃａｓｔｅｒ等针对高强度钢ＣＳＳ４２Ｌ开展了逡逑－８邋－逡逑

制造性判断研究现状逡逑造性判断作为评价毛坯件可再制造程度的关键方法，是再制造。目前再制造工程中的可再制造性判断主要是指对己经报废的设造能力的评估。逡逑９２１是可再制造性判断理论研究的先驱者之一，他以再制造工程中基础，将拆卸、清洗、检查、装备以及服役性能检测等各个环节标进行定量表征，并以指标大小作为可再制造性判断的依据。Ｒｏ的可再制造性判断进行了深入研究，并提出了相应的可再制造性１９３１在Ｒｏｂｅｒｔ理论的基础上，将影响零部件可再制造程度的指标类：生态环境指标、经济性指标及法规制度指标。在这儿项指标性判断准则：易于拆卸、易于检测、容易清洗、替换过程简单、装上准则进行标准化整理，提出了适用于可再制造性设计的判断等１９４１以再制造毛坯件的使用寿命、工况环境、再制造成本等为，对机械产品的再制造可能性进行了研宄。其中零部件的工况因部件的可再制造次数有比较大的影响，如果再制造成本能够降低
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH452

【参考文献】

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本文编号：2648270