[發明專利]一種凹坑型硬物沖擊損傷免修極限確定方法

在審

• 申請號: 202011592651.6
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112733398A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 賈旭;宋迎東;張子文;凌晨;胡緒騰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G01M15/14;G01M7/08;G06F119/14;G06F119/06
• 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

1.一種凹坑型硬物沖擊損傷免修極限確定方法，其特征在于：包括如下步驟：

第一步，結合航空發動機轉速譜、溫度譜和坎貝爾圖對發動機風扇/壓氣機葉片穩態應力和至少前六階的模態振動應力進行提取；

第二步，通過外場調研、模擬試驗和應力集中程度分析確定凹坑型硬物沖擊損傷最危險形狀；

第三步，在葉片葉盆或葉背指定位置添加凹坑型損傷，計算凹坑損傷底部應力分布，計算穩態應力和振動應力下凹坑損傷底部應力強度因子范圍ΔK；

第四步，建立高周疲勞載荷下應力比相關的凹坑型損傷裂紋不擴展模型，判斷前六階模態振動載荷下危險形狀的凹坑型損傷不發生裂紋擴展時的凹坑深度，即為該階模態振動載荷下的許用凹坑深度，得到該葉片指定位置凹坑型損傷的免修極限；

第五步，指定葉片葉盆或葉背另一位置，重復第三步和第四步，獲得此位置的凹坑型損傷免修極限，直至獲得葉片葉盆或葉背所有位置的凹坑型損傷免修極限。

2.根據權利要求1所述的凹坑型硬物沖擊損傷免修極限確定方法，其特征在于：所述第一步中，穩態應力σ_sta為發動機風扇/壓氣機葉片承受的離心力應力、氣動應力和熱應力的疊加，模態振動應力σ_dyn通過特征頻率、固有振型以及模態振動幅值計算得到。

3.根據權利要求1所述的凹坑型硬物沖擊損傷免修極限確定方法，其特征在于：所述步驟第二步中，通過凹坑型損傷的外場調研，確定外場典型硬物沖擊條件；凹坑型損傷模擬試驗在實驗室條件下進行，采用輕氣炮試驗系統進行外場典型沖擊速度、沖擊角度、硬物類型、硬物形狀、硬物尺寸這些試驗條件下的凹坑型硬物沖擊損傷模擬試驗，觀測硬物沖擊形態和凹坑型損傷形貌建立不同形狀的凹坑型損傷幾何模型，通過有限元數值分析方法計算不同形狀凹坑型硬物沖擊損傷的應力集中程度，選擇應力集中程度最大的形狀作為凹坑型損傷最危險形狀。

4.根據權利要求1所述的凹坑型硬物沖擊損傷免修極限確定方法，其特征在于：所述步驟第三步中，將第二步中所建立的凹坑型損傷最危險形狀的幾何模型通過布爾運算的方式添加至葉片的葉盆或葉背指定位置，形成具有凹坑型損傷的葉片幾何模型，通過有限元數值分析方法計算凹坑型損傷底部應力分布，采用冪函數分布應力表達式擬合，即：

其中，σ(x)為裂紋面上的應力分布，a為凹坑型損傷的表面裂紋深度，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；采用通用權函數法計算穩態應力和振動應力下凹坑損傷底部裂紋尖端應力強度因子范圍ΔK_max，即：

ΔK＝K_max-K_min

ΔK_max＝max(ΔK_A，ΔK_B)

其中，K_max和K_min分別為裂紋在循環載荷下的最大應力強度因子和最小應力強度因子，當應力比R0時，K_min≠0，當應力比R≤0時，K_min＝0；K_A與m_A(x,a)和K_B與m_B(x,a)分別為凹坑型損傷底部表面裂紋最深點和表面點的應力強度因子和通用權函數，M_1A、M_2A、M_3A以及M_1B、M_2B、M_3B為通用權函數系數；凹坑型損傷底部裂紋尖端最大應力強度因子范圍為裂紋尖端點A點與B點中的最大值；ΔK_max為具有危險形狀的凹坑型損傷深度d和裂紋尺寸a的函數。

5.根據權利要求4所述的凹坑型硬物沖擊損傷免修極限確定方法，其特征在于：所述表面裂紋為I型裂紋，位于凹坑型損傷的底部，表面裂紋深度為凹坑型損傷底部微觀損傷的最大分布深度，通過對第二步得到的凹坑型硬物沖擊損傷最危險形狀進行金相觀測得到。