结构几何突变对单晶合金疲劳行为影响研究

发布时间：2017-05-23 15:10

  本文关键词：结构几何突变对单晶合金疲劳行为影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镍基单晶合金涡轮叶片的叶冠、缘板等几何突变部位是故障高发区,目前针对几何突变结构的研究,一般基于宏观力学特征,很少考虑几何突变构件的特殊性,没有注意到微观组织在这些几何突变部位发生变化,导致实际工况与预测结果存在明显差距。结构几何突变对镍基单晶合金力学行为和疲劳性能的影响,主要体现在两个方面:(1)、单晶合金微观组织结构发生变化;(2)、镍基单晶合金几何突变区域在工作状态下存在应力梯度。在现有研究的基础上,本文主要开展以下几个方面的研究工作:1.在现有镍基单晶合金宏观唯象模型基础上,参考拉压非对称正交各向异性屈服准则,构建了考虑正应力与剪应力耦合作用、拉压非对称性的镍基单晶屈服准则。考虑几何突变区域存在杂晶的情况,构建了含杂晶的镍基单晶合金有限元模型,并在此基础上研究了杂晶对镍基单晶合金力学行为的影响。2.构建了考虑非对称载荷因子1k和取向因子1f的单晶合金低周疲劳模型,并基于镍基单晶合金等效应变,构建单晶合金低周疲劳模型。通过DD3试验数据验证模型的可行性。3.在以上工作基础上,采用局部应力应变法、应变梯度法、临界距离法,构建镍基单晶缺口件低周疲劳模型,并完成了DD3单晶合金缺口件低周疲劳试验,对本文所构建的镍基单晶合金缺口件低周疲劳模型进行了初步验证。4.对镍基单晶合金疲劳断口特征进行了分析。
【关键词】：几何突变 镍基单晶合金 杂晶 屈服准则 力学行为 低周疲劳模型
【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】：2015
【分类号】：TG146.15
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 工程背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 镍基单晶合金材料本构模型13-15
• 1.2.2 几何突变区域的微观组织研究15-17
• 1.2.3 镍基单晶合金低周疲劳研究进展17-18
• 1.3 本文工作的主要内容和目标18-20
• 第二章 镍基单晶合金屈服准则研究20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 考虑内力耦合作用及拉压非对称性的镍基单晶屈服准则20-28
• 2.2.1 Cazacu正交各向异性屈服准则20-21
• 2.2.2 Cazacu正交各向异性屈服准则缺陷的一个例证21-22
• 2.2.3 改进的正交各向异性屈服准则22-24
• 2.2.4 改进的镍基单晶合金屈服准则24-28
• 2.3 镍基单晶合金弹塑性本构模型28-29
• 2.4 单晶合金宏观唯象模型优劣分析29
• 2.5 不同取向单晶拉伸性能的数值模拟29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 杂晶对单晶合金力学行为影响研究31-38
• 3.1 引言31
• 3.2 含杂晶的单晶合金建模思想31-33
• 3.2.1 含杂晶的单晶合金建模的出发点31-32
• 3.2.2 双晶体有限元模型32-33
• 3.3 晶界角度(α)对于含杂晶的单晶合金性能影响分析33-36
• 3.3.1 有限元模型33
• 3.3.2 双晶平板模型转角γ 的变化规律33-34
• 3.3.3 双晶平板模型危险点等效应力的变化规律34-36
• 3.4 亚晶界面与原始晶粒方向的角度(β)对于含杂晶的单晶合金性能影响分析36-37
• 3.4.1 有限元模型36
• 3.4.2 β 对含杂晶的单晶弯曲变形的影响36
• 3.4.3 β 对含杂晶的单晶力学性能的影响36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 镍基单晶高温合金低周疲劳模型研究38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 DD3 单晶合金光滑试样低周疲劳试验38-42
• 4.2.1 试验设备及毛坯制备38-39
• 4.2.2 夹具及试验件设计39-40
• 4.2.3 DD3 单晶合金低周疲劳的补充试验40-41
• 4.2.4 文献试验数据整理分析41-42
• 4.3 镍基单晶合金低周疲劳模型42-47
• 4.3.1 现有单晶合金低周疲劳模型存在的问题42
• 4.3.2 考虑非对称载荷及取向的单晶合金材料低周疲劳模型42-45
• 4.3.3 基于等效应变的镍基单晶合金低周疲劳模型45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 镍基单晶高温合金缺口件低周疲劳寿命研究48-60
• 5.1 引言48
• 5.2 DD3 单晶合金缺口试件低周疲劳试验48-52
• 5.2.1 DD3 单晶合金缺口试验件设计及检测48-49
• 5.2.2 DD3 单晶合金缺口件低周疲劳试验及结果49-51
• 5.2.3 DD3 单晶合金缺口件计算模型51-52
• 5.3 镍基单晶合金缺口件低周疲劳模型52-59
• 5.3.1 基于局部应力应变法的镍基单晶合金缺口件低周疲劳模型52-53
• 5.3.2 考虑应变梯度影响的镍基单晶合金缺口件低周疲劳模型53-58
• 5.3.3 基于临界距离理论的镍基单晶合金缺口件低周疲劳模型58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 DD3 单晶合金缺口试验件疲劳断口形貌分析60-68
• 6.1 引言60
• 6.2 DD3 单晶合金疲劳断口试样选取60-61
• 6.3 DD3 单晶合金疲劳断口宏观形貌61
• 6.4 DD3 单晶合金疲劳断口微观形貌特征61-66
• 6.4.1 单侧疲劳源区的DD3 单晶合金疲劳断口微观形貌特征61-64
• 6.4.2 两侧缺口出现萌生裂纹的DD3 单晶合金疲劳断口微观形貌特征64-66
• 6.5 DD3 单晶合金疲劳断口微观形貌分析66-67
• 6.5.1 两侧均有疲劳源区产生的原因66
• 6.5.2 缺陷对DD3 单晶合金疲劳寿命的影响66-67
• 6.6 本章小结67-68
• 第七章 总结68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文73

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