[發明專利]一種考慮高、低周疲勞的葉片葉盆葉背裂紋型硬物損傷可用極限確定方法

有效

• 申請號: 201811115062.1
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109374450B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 宋迎東;賈旭;胡緒騰;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: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 陳國強

1.一種考慮高、低周疲勞的葉片葉盆葉背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)從葉片的葉盆和葉背各點上承受的高/低周復合疲勞載荷提取可能發生的高循環疲勞載荷及低循環疲勞載荷；

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

(3)將葉片的葉盆和葉背中撕裂/裂紋型損傷設定為I型半橢圓表面裂紋，其橢圓裂紋深度半軸長度a為撕裂/裂紋型損傷的最大深度d，橢圓裂紋表面半軸長b為a的1.5倍，建立該半橢圓表面裂紋的應力強度因子計算方法；

其中，具有I型半橢圓表面裂紋的葉片視為有限厚度、無限寬度、無限長度的半橢圓裂紋體模型，其裂紋面上所承受的載荷采用冪函數分布應力表達式，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，i為多項式指數，項數n≤7；與撕裂/裂紋型葉片等價的具有I型半橢圓表面裂紋的大板所承受的裂紋面應力分布為均布分布，即n＝0，其應力強度因子計算方法采用通用權函數法；

半橢圓表面裂紋裂紋面上承受以上冪函數分布應力時的應力強度因子計算表達式為：

其中m(x，a)為裂紋體的權函數，對于半橢圓表面裂紋而言應力強度因子最大點往往為裂紋前緣最深點A點或裂紋前緣表面點B點；

半橢圓表面裂紋前緣最深點A點的通用權函數為：

半橢圓表面裂紋前緣表面點B點的通用權函數為：

當σ(x)＝σ₀時，A點和B點的應力強度因子隱式表達式為：

其中，K為應力強度因子，M_1A、M_2A、M_3A、M_1B、M_2B、M_3B為通用權函數系數，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等值曲線模型，并繪制不同裂紋深度a下裂紋不擴展等值曲線圖；

其中，不同應力比條件下高周疲勞載荷的裂紋不擴展判據為ΔK_HCF＝ΔK_th(R_HCF)，其裂紋不擴展等值曲線模型為：

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為ΔK_LCF＝ΔK_th(R_LCF)，其應力比R_LCF＝-1，那么裂紋不擴展等值曲線模型為：

其中，ΔK_HCF為HCF載荷循環下的應力強度因子范圍，ΔK_LCF為低循環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；F_n為幾何修正系數；σ_dyn為動態應力，σ_sta為靜態應力，Δσ_th(R_HCF)和Δσ_th(R_LCF)為門檻值應力；

裂紋不擴展等值曲線圖橫坐標為靜態應力縱坐標為動態應力；

(5)通過有限元數值分析方法獲取葉片葉盆葉背各點的靜態應力和動態應力；

(6)通過比對靜態應力和動態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a，即為葉片葉盆葉背該點處的裂紋/撕裂型硬物損傷的可用極限。

2.根據權利要求1所述的考慮高、低周疲勞的葉片葉盆葉背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/低周復合載荷指發動機正常工作時葉片低頻離心力循環載荷與高頻振動載荷的交互，將葉片中低頻離心力循環載荷記為低循環疲勞載荷，將葉片中高頻振動載荷記為高循環疲勞載荷，通過載荷譜分析確定葉片的葉盆和葉背各點可能出現的高循環疲勞載荷及低循環疲勞載荷形式。