镍基单晶高温合金塑性变形与断裂行为研究

发布时间：2023-10-29 15:31

　　镍基单晶高温合金高温下具有较好的组织稳定性和使用可靠性,是航空发动机涡轮叶片常用材料。为探究航空发动机涡轮叶片断裂转速的计算方法,本文开展了镍基单晶高温合金材料DD416室温及700℃下的塑性变形与失效行为研究,主要工作和结论如下:(1)开展了金相试验,通过观测“十字”枝晶以确认材料晶体取向,按指定取向加工试件,并进行了室温下光滑试件与缺口试件的准静态拉伸试验,以及700℃下的高温光滑与缺口试件准静态拉伸试验;(2)基于拉伸应力-应变曲线,采用反演优化的方式建立了室温及700°C高温下的宏观各向异性本构模型,并以此对室温及700℃高温下的缺口试件拉伸变形响应行为进行有限元预测分析,结果显示该本构对于单晶试件达到极限载荷前的变形行为的预测较好,但无法有效预测之后的材料变形行为,对材料的变形往往预测过大。通过引入塑性功密度相关的失效准则,对大变形有限元预测结果进行了修正,使得预测结果更为接近试验值,并获取了缺口试件的极限强度的预测值,预测误差控制在6%以内;(3)基于实际的航空发动机动力涡轮叶片的特征,设计了可用于拉伸试验的叶片模拟件;采用宏观各向异性本构模型结合失效准则,对叶片模拟件进行...

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 镍基单晶合金弹塑性变形行为国内外研究现状
    1.3 各向异性材料本构模型国内外研究现状
    1.4 材料韧性断裂行为国内外研究现状
    1.5 本文主要研究工作
第二章 镍基单晶高温合金室温及高温拉伸试验
    2.1 引言
    2.2 镍基单晶高温合金金相观测及取向确定
    2.3 镍基单晶高温合金室温拉伸试验
        2.3.1 室温试验方案
        2.3.2 室温试件设计
        2.3.3 室温试验结果
    2.4 镍基单晶高温合金高温拉伸试验
        2.4.1 高温试验方案
        2.4.2 高温试件设计
        2.4.3 高温试验结果
    2.5 室温和高温拉伸试验结果的对比分析
    2.6 本章小结
第三章 反演优化法建立镍基单晶合金各向异性本构模型
    3.1 引言
    3.2 材料本构模型简介与材料坐标轴的转换
        3.2.1 正交各向异性材料弹性本构关系
        3.2.2 广义Hill模型与材料坐标轴的转换
    3.3 反演优化建立各向异性本构流程介绍
        3.3.1 [001]方向室温本构模型的建立
        3.3.2 基于反演优化法建立室温各向异性本构模型
    3.4 DD416室温各向异性本构模型
        3.4.1 室温本构模型材料参数
        3.4.2 室温缺口试件拉伸响应曲线预测
    3.5 DD416高温各向异性本构模型
        3.5.1 高温本构模型材料参数
        3.5.2 高温缺口试件拉伸响应曲线预测
    3.6 本章小结
第四章 镍基单晶高温合金塑性变形与失效分析
    4.1 引言
    4.2 室温缺口试件拉伸预测曲线修正及失效分析
    4.3 高温缺口试件拉伸预测曲线修正及失效分析
    4.4 叶片模拟件拉伸试验与预测分析
        4.4.1 叶片模拟件试验件设计与拉伸试验
        4.4.2 叶片模拟件拉伸响应有限元预测分析
    4.5 本章小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 论文主要工作与结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3858359