《复杂应力状态下镍基单晶合金低周疲劳寿命预测模型.》.pdf.pdf

第$*卷第"期稀有金属材料与工程:;<=$*,8;>"
$###年$月)5)%.506)75%(58,6897866)789 ’1?***@******@C$###
复杂应力状态下镍基单晶合金低周
疲劳寿命预测模型!
岳珠峰吕震宙
(西北工业大学西安!"##!$)
摘要镍基单晶合金的低周疲劳(%&’)晶体取向相关性和其弹塑性的晶体取向相关性
有密切关系,基于所建晶体取向各向异性弹塑性晶体滑移模型,本文推导了复杂应力状态
下镍基单晶合金低周疲劳寿命预测模型,结论为%&’寿命与修正的滑移应变呈指数关系。
在详细分析薄壁圆筒试样受拉扭载荷下应力应变分布规律的基础上,利用不同拉扭载
荷下的低周疲劳寿命数据,对本文所提模型进行了成功的考核。
关键词镍基单晶超合金低周疲劳寿命晶体塑性理论
! 引言" 模型的建立
镍基单晶合金因其卓越的高温机械性能而广泛"#! 晶体滑移基本理论
应用于先进航空发动机涡轮叶片,单晶叶片不仅承受晶体总的应变范围可以分解成弹性和
!"0 !"1
离心力引起的蠕变损伤,同时也承受由于发动机开机塑性两部分:
!"2
和关机所引起的低周疲劳( )破坏,因此建立准确( )
%&’!"0 !!"1"!"3 "
的复杂应力状态下的%&’寿命预测模型是确保单晶其中弹性应变范围可由广义胡克定律的应力范
!"#
叶片安全运行和进行寿命评估的关键。
围!#表示:
镍基单晶合金最显著的特点为晶体取向相( )
%&’!"1 !$!# $
关性。参考文献["]和[$]考虑了弹性模量的晶体取式中为柔性系数矩阵,塑性应变范围可由开动
$ !"2
向相关性而没有考虑塑性变形的晶体取向相关性对滑移系的剪应变范围得到:
!$%
())**单晶的单轴%&’进行了分析而给出了一种模&
% % ( )
型,这种模型在塑性变形较小时较为准确,而塑性变!"2 ! "!$%’() +
%!"
形稍大时则不准确。文献[+]在对,,+单晶%&’断式中& 为开动滑移系数目,’可由滑移系的滑移方
口分析的基础上,提出了一种寿命模型,可以成功地向和滑移面法向矢量得到:
*( +(
预测单向应力状态下的寿命。文献[ ]对
%&’- &.(/ "( ) ( )
’() ! *(+)"*)+( -
$单晶薄壁圆筒试样进行应力控制的拉扭%&’试$
滑移系的分切应力与宏观应力的关系为
验。由于完全采用唯象方法,没有考虚单晶材料的变& #()
( )
形本质,因此所得模型不能准确反映%&’的规律。&! ’()#)( 4
本文在已有研究的基础上,从晶体取向各向异性弹塑"#" $%&晶体滑移规律
性变形机理出发,建立一复杂应力状态下的%&’寿首先推导单向应力时的%&’晶体滑移规律。镍
命预测模型,并用薄壁圆筒拉扭试验结果来验证。基单晶合金拉伸与压缩试验表明,屈服应力(&)(()
国家自然科学基金(批准号: )和航空科学基础研究基金资助项目
! 万方数据 4*4#"##*
联系人:岳珠峰,男,++岁,博士,教授,西北工业大学工程力学系,西安!"##!$,电话:#$* D-*+"4E
:期岳珠峰等:复杂应力状态下镍基单晶合