基于改进SWT模型的FGH96合金低周疲劳寿命预测

肖阳,秦海勤,徐可君,贾明明,张柱柱

海军航空大学 青岛校区,青岛 266041

作为航空发动机关键热端部件,高压涡轮盘长期处于高温、高压、高转速等严酷环境下,承受着离心载荷、热载荷、振动载荷等多种载荷循环往复的交互作用[1]。尤其对于舰载机发动机而言,其使用环境与陆基飞机具有较大差异,即由于跑道长度有限,起飞过程中需要发动机能够提供足够大的推力来满足起飞要求,降落时发动机仍要保持较高的转速和良好的加速性以满足复飞,从而使得舰载机发动机高压涡轮盘的使用条件更加恶劣,同时也对高温下涡轮盘材料的强韧性、耐久性及抗疲劳性提出了更高要求[2]。粉末高温合金具有组织均匀、晶粒度小和无宏观偏析等优点,其高温下力学性能远远高于传统铸造变形高温合金[3],被认为是目前先进航空发动机涡轮盘的首选材料[4]。研究表明,涡轮盘的损伤机制包括低周疲劳、高周疲劳、蠕变、高温腐蚀及其相互作用等[5],其中低周疲劳断裂失效是限制涡轮盘使用的最主要失效模式之一[6-8]。因此,为促进FGH96粉末高温合金能够尽快安全、可靠地应用于我国某型高推重比航空发动机涡轮盘上,有必要针对其高温下的低周疲劳寿命预测方法开展进一步研究。

截止目前,国内外专家学者相继提出了多种低周疲劳寿命预测模型,包括M-C(Manson-Coffin)[9]方程、Morrow弹性应力修正模型[10]、M-H(Manson-Halford)应力修正模型[11]以及SWT(Smith-Watson-Topper)模型[12]等。其中,由于M-C方程形式简单而被广泛应用工程实际,然而该方程是在应力比R=-1的试验数据基础上拟合得到的,未考虑平均应力对部件疲劳寿命的影响。……