应用裂纹闭合原理进行双频预测

发电机或飞机引擎的涡轮叶片承受着双频载荷。离心和热应力的耦合作用将产生一种低频载荷,这足以导致低周疲劳失效(LCF)。另一方面,由于不平衡、不稳定流动和自激效应引起的振动,在低频载荷作用下开始叠加。这些振动通常会引发很小的应力振幅,最典型的就是高周疲劳失效(HCF)。耦合载荷作用引发的失效成为耦合疲劳失效(CCF)。

对于普通的钛合金Ti-6Al-4V来说,线性求和模型已经被成功地用于CCF引发的裂纹生长速率的预测。这是最简单的模型,而且模型忽略了载荷的相互影响。然而,当载荷的交互作用或者短裂纹效应出现时,仍未得到有效解决。

来自德国卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruhe Institute of Technology)的Domnin Gelmedin和Karl-Heinz Lang博士与来自美国密西西比州立大学(Mississippi State University)的James C Newman Jr.教授的报道称,可以<a title="Prediction of Fatigue Lives of MAR-M247 casino pa natet LC Based on the Crack Closure Concept” href=”http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adem.201100194/abstract;jsessionid=38C11C6A82824E10768FEBB44AA4315D.d04t04″ target=”_blank”>借助裂纹闭合原理实现疲劳寿命的预测。他们应用疲劳裂纹生长结构分析程序FASTRAN来预测疲劳裂纹的生长。Gelmedin, Lang和 Newman对比了疲劳寿命试验和预测的寿命时间。

研究者对镍基合金在650oC高温条件下进行了LCF,HCF和CCF试验。在LCF和HCF耦合载荷作用下,他们在裂纹表面使用块状条纹的方式,应用线性求和模型获得一条有效的裂纹生长曲线。应用裂纹闭合代码计算了自裂纹的初始尺寸开始的裂纹生长,并且和试验得到的疲劳寿命进行了比较。

即使试验结果和预测结果吻合良好,在HCF载荷下超合金的裂纹的萌生和扩展仍和FASTRAN程序计算的结果不同。裂纹闭合原理并不能描述这些交互的影响作用,导致了裂纹表面形貌的变化。较低的寿命被高估了,这表明线性求和模型对于这种材料在这个载荷范围内并不合适。

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