[發明專利]蠕變本構模型構建及其航空發動機渦輪葉片蠕變預測方法

在審

• 申請號: 202211042485.1
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115470721A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 李瑩;耿瑞;王威;吳云伍;蔚奪魁;杜少輝;曹航;李瑾亮
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽發動機研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/23;G06F30/17;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 郭鵬鵬

本申請一方面提供一種蠕變本構模型構建方法，包括：構建減速蠕變階段的蠕變曲線；構建恒速蠕變階段的蠕變曲線；構建加速蠕變階段的蠕變曲線；將本蠕變構模型參數與溫度、應力進行關聯；構建蠕變本構模型。另一方面提供一種航空發動機渦輪葉片蠕變預測方法，包括：構建渦輪葉片三維有限元模型，在其上施加工作載荷，計算渦輪葉片三維有限元模型節點的應力、應變及其溫度；基于渦輪葉片三維有限元模型節點的應力、應變及其溫度，利用上述的蠕變本構模型構建方法構建的模型，計算蠕變變形及其松弛應力。

技術領域

本申請屬于航空發動機渦輪葉片蠕變預測技術領域，具體涉及一種蠕變 本構測模型構建及其航空發動機渦輪葉片蠕變預測方法。

背景技術

蠕變是指金屬在一定溫度下受持續應力作用而產生緩慢塑性變形的現 象，蠕變現象的發生是溫度、應力和時間三者共同作用的結果，其過程主要包 括減速蠕變階段、恒速蠕變階段、加速蠕變階段三個階段，其特征是變形、應 力和外力不再保持一一對應的關系，而且這種變形即使在應力小于屈服極限時 仍具有不可逆的變形性質。

航空發動機渦輪葉片長時處于高溫燃氣環境中工作，其主要故障模式之 一是蠕變，蠕變導致葉片塑性變形過大或蠕變應力斷裂，特別是隨著航空技術 的快速發展，渦輪前溫度不斷提高，渦輪葉片在中高溫長時工作環境下表現出 的蠕變變形、蠕變應力斷裂等問題更加突出。

對航空發動機渦輪葉片蠕變進行預測，可為渦輪葉片方案的設計支撐改 進提供有效支撐，準確可靠的蠕變本構模型是對航空發動機渦輪葉片蠕變進行 預測的基礎，而當前的蠕變本構模型存在以下缺陷：

1)僅對單晶/定向結晶合金標準試件的蠕變試驗數據進行了驗證，對于 復雜工況下的真實渦輪葉片工程上數值仿真分析收斂性差；

2)沒有充分考慮溫度項和應力項對蠕變的影響，且不能完整描述蠕變 過程的三個階段，不能夠準確地計算處于非均勻溫度場及其復雜應力條件下渦 輪葉片的蠕變變形和應力值。

鑒于上述技術缺陷的存在提出本申請。

需注意的是，以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發明的發明構 思及技術方案，其并不必然屬于本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表 明上述內容在本申請的申請日已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評 價本申請的新穎性和創造性。

發明內容

本申請的目的是提供一種蠕變本構模型構建及其航空發動機渦輪葉片 蠕變預測方法，以克服或減輕已知存在的至少一方面的技術缺陷。

本申請的技術方案是：

一方面提供一種蠕變本構模型構建方法，包括：

構建減速蠕變階段的蠕變曲線：

ε_P＝βln(αt+1)，t≤t_P/S；

構建恒速蠕變階段的蠕變曲線：

t_P/St≤t_S/T；

構建加速蠕變階段的蠕變曲線：

ε_T＝θ(exp[ω(t-t_S/T)]-1)，t_S/Tt；

將本蠕變構模型參數與溫度、應力進行關聯：

構建蠕變本構模型：

ε_c＝ε_o+ε_s+ε_T；

其中，