航空材料热疲劳—蠕变交互作用模型的研究

发布时间：2017-07-14 06:09

  本文关键词：航空材料热疲劳—蠕变交互作用模型的研究

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【摘要】：安全是民用航空领域的头等大事,航空材料寿命预测一直以来都是航空科研工作者重点研究的问题。然而有很多的航空材料是在高温环境下进行工作,受到高温疲劳与蠕变作用的双重影响。疲劳与蠕变损伤机理和产生的效果都不相同,分开考虑疲劳和蠕变损伤来计算寿命往往与试验测得的寿命有偏差,于是研究高温疲劳与蠕变的交互作用对材料的寿命预测变得非常重要。为了研究1Cr18Ni9Ti材料在高温疲劳与蠕变双重作用下的寿命预测问题,本文首先对使用线性转化法在不同温度下分别预测了寿命,发现与实际试验测出的寿命存有偏差。为了能够预测出更准确的寿命,本文在寿命预测公式中引入了交互作用系数来表征高温疲劳与蠕变交互作用的程度。为了计算出各个温度下的交互作用系数,分别做了600℃、625℃、650℃、675℃、700℃五个温度在200MPa应力下的蠕变试验,得到了它们的蠕变断裂时间;做了同样五个温度下应力梯形波加载的高温疲劳-蠕变试验,得到了高温疲劳-蠕变试验的实测寿命;用专业疲劳分析软件LMS模拟了试样在不同温度下的高温疲劳寿命。综合以上三类数据,分别计算蠕变损伤与高温疲劳损伤,结合带交互作用系数的寿命预测公式,分别计算出了不同温度下的交互作用系数。本文随后研究了交互作用系数随温度的变化,并用带交互作用系数的优化公式重新预测了高温疲劳-蠕变的寿命,相对于线性转化法,得到了更加准确的预测寿命。但是由于优化的公式不能表征高温疲劳与蠕变作用的对称性,于是在优化公式的基础上引入了蠕变损伤指数和疲劳损伤指数,对交互作用模型进行了修正。再次计算的结果显示,预测的断裂循环数与实测值更加符合。并根据拟合出的交互作用系数和损伤指数,分析了该材料高温疲劳与蠕变交互作用的原因。通过以上一系列的研究,进行了1Cr18Ni9Ti材料在高温疲劳与蠕变方向做了部分实验及理论上的探讨;由于交互作用系数的使用简单易懂,因此也为工程上预测寿命提供了试验数据和参考思路。
【关键词】：热疲劳 蠕变 寿命预测 交互作用
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V250
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 金属材料疲劳寿命预测的研究12-15
• 1.2.2 金属材料蠕变寿命预测的研究15-16
• 1.2.3 金属材料蠕变-疲劳寿命预测的研究16-18
• 1.3 本文研究的主要内容18-20
• 第二章 试验设备的介绍20-28
• 2.1 英斯特朗8803电液伺服疲劳试验机20-21
• 2.1.1 疲劳试验机的用途与组成20-21
• 2.1.2 变形测量传感器21
• 2.2 蠕变试验设备21-24
• 2.2.1 电子蠕变松弛试验机的用途与组成21-23
• 2.2.2 变形测量传感器23
• 2.2.3 电子蠕变机的温度控制与数据采集23-24
• 2.3 热疲劳-蠕变试验设备24-28
• 2.3.1 电子蠕变疲劳机的用途与组成24-25
• 2.3.2 变形测量传感器25
• 2.3.3 蠕变疲劳机的控制软件25-28
• 第三章 试验方案及数据处理28-41
• 3.1 试验试样28-30
• 3.1.1 对 1Cr18Ni9Ti钢材料的介绍28
• 3.1.2 材料用到的性能参数28-30
• 3.2 静力拉伸试验方案与结果30-31
• 3.3 蠕变试验方案与试验结果31-38
• 3.3.1 蠕变试验方案31-32
• 3.3.2 蠕变试验结果32-35
• 3.3.3 拟合蠕变断裂时间与温度之间的关系35-38
• 3.4 热疲劳蠕变试验方案与结果38-39
• 3.4.1 试验方案38-39
• 3.4.2 试验结果39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 软件模拟高温疲劳试验的寿命41-55
• 4.1 仿真软件介绍41-44
• 4.1.1 MSC.Patran/Nastran有限元分析软件41-42
• 4.1.2 Virtual.Lab Durability简介42-44
• 4.2 软件理论依据44-45
• 4.3 高温疲劳建模与分析45-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 交互作用模型的研究55-67
• 5.1 线性转化方法预测试样热疲劳蠕变的寿命55-58
• 5.1.1 理论依据55-58
• 5.1.2 预测结果与实测结果对比58
• 5.2 加入交互作用模型后预测热疲劳蠕变的寿命58-64
• 5.2.1 加入交互系数后的预测模型58-62
• 5.2.2 交互作用曲线分析总结62-63
• 5.2.3 预测的结果与实测结果对比63-64
• 5.3 修正交互作用模型后疲劳蠕变的寿命的预测64-65
• 5.3.1 修正交互系数后的预测模型64
• 5.3.2 预测的结果与实测结果对比64-65
• 5.4 本章小结65-67
• 第六章 热疲劳-蠕变交互作用机理分析67-70
• 6.1 疲劳蠕变正交互作用机理的研究67-68
• 6.2 疲劳蠕变试验负交互作用微观机理68
• 6.3 在不同温度下的交互程度不同的机理分析68-70
• 第七章 总结与展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76

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本文编号：539930