GH4169镍基合金延性断裂行为建模与数值模拟研究

发布时间：2020-06-25 07:34

【摘要】：轮盘是航空发动机的断裂关键部件,其一旦发生超转破裂,通常会带来灾难性后果。发动机设计时要求轮盘具备足够的超转破裂转速储备。轮盘的超转破裂本质上是轮盘材料在离心力等产生的复杂应力状态下产生变形直至断裂破坏的过程。对轮盘材料的塑性变形和断裂过程进行合理建模和预测分析对发展轮盘的超转破裂分析技术具有重要意义。本文针对盘用GH4169镍基高温合金,对其塑性变形和延性断裂行为进行了理论建模和数值模拟研究工作,主要研究工作和结论如下:推导了Bai-Wierzbizki塑性本构模型的积分方法,编制了其有限元用户材料子程序,采用反演法优化估计了GH4169合金的B-W模型材料参数,基于B-W模型对GH4169光滑和缺口试样的拉伸响应进行了有限元计算分析,结果表明:GH4169合金的塑性变形与应力三轴度和Lode角参数相关,B-W模型能够有效描述和预测GH4169复杂应力状态下的塑性变形行为。基于B-W模型对GH4169光滑和缺口试样拉伸过程中的等效塑性应变分布、应力三轴度和Lode角参数的分布规律及演变历程进行了有限元计算,基于计算结果估计确定了GH4169合金的MMC延性断裂模型材料参数,基于MMC断裂模型对GH4169光滑和缺口试样的拉伸断裂过程进行了有限元数值模拟和分析,结果表明:试样的断裂起始位置与静水压力和Lode角参数密切相关,MMC断裂模型能够较好描述GH4169合金的延性断裂行为。设计开展了具有复杂几何特征的GH4169合金类CT试样拉伸试验,基于上述建立的B-W塑性本构模型和MMC断裂模型对其拉伸断裂过程进行了有限元数值模拟和分析,结果表明:基于B-W塑性本构模型和MMC断裂模型能够准确预测GH4169类CT试样起裂前的变形响应和断裂起始位置、断裂模式及断裂路径。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V231.95;V252
【图文】：

示意图,孔洞,示意图,等效应力

图 1.1 孔洞的形成示意图(a) 包含在基体中的杂质 (b)孔洞的形成c e m 离应力为孔洞表面平均应力和等效应力的总和，其中等效应力为：2 2 21 2 2 3 3 1e( ) ( ) ( )2 应力也称静水压力为：1 2 3m3 min 研究团队根据 Argon 理论提出了新的分离应力判断标准[15]：c e e YS C( )为材料的屈服强度，C 为优化材料参数。此外 Goods 和 Brown 两人采用位错模孔洞的形成进行描述[16]。该模型认为微粒周围的位错运动提升了微粒与基体结合，具体表达式为：

示意图,聚合过程,孔洞,示意图

GH4169 镍基合金延性断裂行为建模与数值模拟研究的关于粒子断裂形核模型存在于 Griffith 型裂纹研究中，即该类粒中已经包含微小裂纹，粒子在裂纹扩展时发生断裂形成孔洞。聚合与裂纹伸展后，进一步的塑性变形和静水压力会导致孔洞逐渐长大于此同时相断缩小直至彼此连接而形成裂纹。图 1.2 简要表述了孔洞长大到聚。

【参考文献】