再制造涡轮盘材料性能研究与寿命预测

发布时间：2020-05-21 05:21

【摘要】：航空发动机涡轮盘结构及服役环境的复杂性,导致其疲劳失效问题极为严峻,由于涡轮盘造价昂贵,直接更换经济效益太低,因此进行失效涡轮盘再制造修复研究十分迫切。激光增材制造技术在涡轮盘再制造领域应用广泛,激光增材再制造后涡轮盘质量要达到一定的要求,同时再制造后涡轮盘的服役环境也同样恶劣,与新品相比,不仅要受到叶片施加的离心力、涡轮盘本身质量产生的离心应力、由温度梯度产生的热应力等工作应力,同时还要承受再制造工艺诱发的影响。所以,本文进行涡轮盘材料再制造工艺加工试件性能分析,通过硬度检测实验、力学拉伸实验和残余应力检测实验,分析再制造后的材料物理机械性,并利用有限元法进行再制造涡轮盘在工作状态下应力应变分析,依据所得结果进行了再制造涡轮盘低周疲劳寿命预测。本文首先通过对比实验进行涡轮盘激光增材再制造工艺参数选择,基体材料为Inconel718合金锻件,粉末材料为Inconel718球形粉末,通过观察对比不同工艺参数制造的试件微观组织,选择合适的再制造工艺参数;根据所选择的工艺参数在基体上进行Inconel718合金薄壁试件激光增材制造,利用线切割对增材制造试样进行加工,并进行直接时效热处理;在热处理前后分别进行硬度检测实验、静载力学拉伸实验及残余应力检测实验,分析再制造后材料物理力学性能。然后,根据再制造涡轮盘结构特点,建立可以体现再制造特点的再制造涡轮盘模型,并采用合适的网格类型对该模型进行划分;赋予再制造涡轮盘基体Inconel718合金锻件材料参数,赋予再制造涡轮盘修复层Inconel718合金激光增材制造件材料参数,并根据模型特点选择相应的边界条件;在有限元基本原理的基础上,利用ABAQUS仿真软件,进行再制造涡轮盘在叶片离心力载荷、自身离心载荷、温度载荷几种典型工作载荷下应力应变分析,为再制造涡轮盘低周疲劳寿命预测提供依据。最后,根据有限元仿真结果确定再制造涡轮盘服役条件下的局部应力应变,利用局部应力应变法中的Morrow修正公式,考虑危险点数目以及再制造工艺对低周疲劳寿命影响,进行了再制造涡轮盘低周疲劳寿命预测。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V263

【参考文献】

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本文编号：2673778