[發(fā)明專利]一種考慮高、低周疲勞的葉片前后緣裂紋型硬物損傷可用極限確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811115061.7
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109374449B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設計）人: 宋迎東;賈旭;胡緒騰;嵇大偉;吳娜
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

1.一種考慮高、低周疲勞的葉片前后緣裂紋型硬物損傷可用極限確定方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)從葉片的前后緣各點上承受的高/低周復合疲勞載荷提取可能發(fā)生的高循環(huán)疲勞載荷及低循環(huán)疲勞載荷；

(2)根據(jù)葉片材料在不同應力比下的裂紋擴展門檻值數(shù)據(jù)，建立應力比相關的裂紋擴展門檻值模型；

(3)將葉片前后緣中撕裂/裂紋型損傷假設為I型單邊穿透裂紋，其裂紋長度a為撕裂/裂紋型損傷的最大深度d，建立該單邊穿透裂紋的應力強度因子計算方法；

具有I型單邊穿透裂紋的葉片視為無限大板單邊穿透裂紋體模型，其裂紋面上所承受的載荷采用冪函數(shù)分布應力表達式，即：

其中，σ(x)為裂紋面上的應力分布，a為裂紋長度，x為沿裂紋擴展方向上的坐標，其坐標原點為單邊裂紋與前緣點的交點，σ_i為多項式系數(shù)，i為多項式指數(shù)，項數(shù)n≤7；與撕裂/裂紋型葉片等價的具有I型單邊穿透裂紋的無限大板所承受的裂紋面應力分布為均布分布，即n＝0；

無限大板單邊穿透裂紋承受裂紋面上為均布載荷時的應力強度因子計算表達式為：

其中，K為應力強度因子，F(xiàn)_n為幾何修正系數(shù)，n＝0時F_n＝1.1215，π為圓周率，σ₀為裂紋面上承受的均布應力；

(4)分別建立不同應力比條件下高周疲勞載荷、低周疲勞載荷的裂紋不擴展模型，并繪制不同裂紋長度下裂紋不擴展等值曲線圖；

不同應力比條件下高周疲勞載荷的裂紋不擴展判據(jù)為ΔK_HCF＝ΔK_th(R_HCF)，其裂紋不擴展模型為：

當應力比-1<R<0時，

當應力比0≤R<1時，

低周疲勞載荷下的裂紋不擴展判據(jù)為ΔK_LCF＝ΔK_th(R_LCF)，其低循環(huán)疲勞應力比R_LCF＝-1，那么裂紋不擴展模型為：

其中，ΔK_HCF為HCF載荷循環(huán)下的應力強度因子范圍，ΔK_LCF為低循環(huán)疲勞載荷下的應力強度因子范圍；R_HCF為HCF載荷的應力比，R_LCF為LCF載荷的應力比；σ_dyn為動態(tài)應力，σ_sta為靜態(tài)應力，Δσ_th(R_HCF)和Δσ_th(R_LCF)為門檻值應力，F(xiàn)_n為幾何修正系數(shù)；

裂紋不擴展等值曲線圖橫坐標為靜態(tài)應力縱坐標為動態(tài)應力；

(5)通過有限元數(shù)值分析方法獲取葉片前后緣各點的靜態(tài)應力和動態(tài)應力；

(6)通過比對靜態(tài)應力和動態(tài)應力在裂紋不擴展等值曲線中的位置確定該等值曲線所對應的裂紋尺寸，即為葉片前后緣該點處的裂紋/撕裂型硬物損傷的可用極限。

2.根據(jù)權利要求1所述的考慮高、低周疲勞的葉片前后緣裂紋型硬物損傷可用極限確定方法，其特征在于：所述步驟(1)中，葉片的高/低周復合載荷指發(fā)動機正常工作時葉片低頻離心力循環(huán)載荷與高頻振動載荷的交互，將葉片中低頻離心力循環(huán)載荷記為低循環(huán)疲勞載荷，將葉片中高頻振動載荷記為高循環(huán)疲勞載荷，通過載荷譜分析確定葉片前后緣各點可能出現(xiàn)的高循環(huán)疲勞載荷及低循環(huán)疲勞載荷形式。

3.根據(jù)權利要求1所述的考慮高、低周疲勞的葉片前后緣裂紋型硬物損傷可用極限確定方法，其特征在于：所述的步驟(2)中，裂紋擴展門檻值采用應力強度因子范圍ΔK表示，其中當應力比R>0時，ΔK＝K_max-K_min，且K_min≠0，當應力比R≤0時，ΔK＝K_max-K_min，且K_min＝0，裂紋擴展門檻值ΔK_th表示為應力比R的函數(shù)。