航空发动机的高温蠕变分析饶寿期(北京航空航天大学北京)摘要:详述了航空发动机主要零部件抗蠕变的设计要求综合概括了有关蠕变的设计准则和计算分析方法以及寿命预测方法。关键词:航空发动机蠕变设计准则寿命预测()::引言蠕变会导致航空发动机高温零部件的塑性变形过大或产生蠕变应力断裂特别是随着涡轮前温度进一步提高其矛盾更加突出。开云体育 kaiyun.com 官网入口例如在高温环境下温度只增加零件的蠕变寿命就会缩短一半。蠕变是材料的固有特性之一属材料的工作温度超过其熔化温度的%时都会产生蠕变当减小应力或降低温度时稳定蠕变阶段(第阶段)时间增长甚至加速蠕变阶段(第阶段)可能不会发生当增大应力或升高温度时蠕变的第阶段随之缩短只有起始蠕变阶段(第阶段)和第阶段材料在很短时间内就会断裂。要求理想的高温抗蠕变材料蠕变曲线具有很短第阶段和低速率第阶段以便延长产生限定变形量(如%)的时间同时也要求有一个明显的第阶段这样可以预示材料在断裂时有一定的塑性。蠕变变形和蠕变断裂萌生于晶粒边界并随着晶粒滑移和分离而扩展因此蠕变断裂是晶间断裂。虽然蠕变是一种塑性流动现象但晶间断裂过程却使断口具有脆性断裂的外观。蠕变断裂通常是在没有颈缩、也没有预兆的情况下发生的。目前还不能可靠地预测蠕变断裂或持久断裂的特开云体育 开云平台性。抗蠕变性能良好的材料必须具有在长期高温作用下保持相组织稳定的性能。对于抗蠕变良好的合抗氧化和抗腐蚀的能力通常也是它的重要属性。较大的晶粒对于抵抗蠕变也可能是有利的因为晶粒越大大部分蠕变过程赖以发生的晶界长度也就越短。在航空涡喷涡扇发动机结构设计准则中蠕变强度的判据一般用蠕变强度极限或持久强度极限来表征。开云体育 kaiyun.com 官网入口种强度极限都是反映材料高温性能的指标其区别在于侧重点不同。例如航空发动机高温材料在、时的持久强度为而在同样的温度和时间条件下产生%的蠕变应变时其蠕变强度极限为。航空发动机结构抗蠕变设计要求提供足够的蠕变应力断裂寿命是发动机主收稿日期:作者简介:饶寿期())教授年毕业于北京航空学院从事航空发动机教学和研究工作在单晶和定向结晶等叶片的研究工作中曾获部级科技进步奖等多项。航空发动机年第卷第期()美国于年月日颁布的航空涡喷涡扇涡轴涡桨发动机通用规范()中在结构完整性中对热部件蠕变设计要求的许多细节与相近只是略有改动如第节背景中指出:对每个有蠕变限制的零件应进行随设计用法而变化的蠕变和应力断裂寿命分析预测应根据指明可以得到满意的高概率蠕变和应力断裂寿命(例如%塑性蠕变寿命、轮缘直径增长、%断裂寿命等)的以往经验确定设计工作应力。所有转子的蠕变状态应以每个叶轮的蠕变为准而不是以每个叶片的蠕变为准等。这些与不同的提法是值得研究的。()斯贝发动机应力标准()的第节中提出:只有在要求发动机作连续的或累计的长时间工作时才考虑蠕变通常将蠕变条件下的应力与材料的%蠕变强度作比较。但对某些按破坏条件而不是按变形限制来确定工作寿命的部件可与蠕变断裂强度作比较。该标准的结构设计准则提出:压气机。压气机转子叶片的蠕变应力规定:叶身弯曲应力和拉伸应力的合成应力应小于规定的蠕变强度销接固定的叶片根部销孔边缘的名义拉伸应力不应超过规定蠕变强度的%燕尾形榫头根部所有应力应小于规定的蠕变强度。压气机静子叶片在所有作用有蠕变应力的条件下最大弯曲应力不应超过规定的蠕变强度。涡轮。涡轮盘的平均周向应力、在任意半径上的径向应力的合力(离心力加热载荷)以及盘枞树形榫齿的挤压应力都必须小于规定的蠕变强度。涡轮转开云体育 开云平台子叶片的叶冠、伸根和叶根颈部的弯曲应力和拉伸应力的合成应力以及枞树形榫齿的挤压应力不应超过规定的蠕变强度。在所有蠕变应力的条件下涡轮导向叶片最大弯曲应力不应超过规定的蠕变强度。该准则对主轴及静子结构也都提出了蠕变的设计要求。()高效节能发动机文集第分册第节中的设计准则指出:蠕变)在一定温度下长时间承受应力的材料会发生某种形式的变形特别是在转动结构中蠕变因素是一个重要的设计准则。在涡轮设计中总蠕变量限制在%。()有些设计指南在考虑蠕变时对设计应力是用持久强度作为判别标准。例如对涡轮盘和叶片(包括叶身、缘板、开云体育 kaiyun.com 官网入口伸根和榫头)、压气机盘和叶片等都规定了持久强度储备。将在所研究状态的工作温度和持续时间的条件下相应材料的持久强度极限与该条件下计算点工作应力的比值称为储备系数对不同零件都规定了不同的储备系数。蠕变的计算分析方法高温零部件蠕变变形和蠕变应力计算是进行零部件寿命预测的重要组成部分。蠕变是与时间有关的塑性变形是非线性问题。同时在蠕变过程中应力重新分配蠕变量与瞬时应力水平有关而瞬时应力水平又是时间的函数所以蠕变计算是较复杂的。用有限元法求解蠕变问题的基本思路是:把蠕变经历的时间分成有限间隔$、$、按某种简化方法求得每一时间间隔$内的蠕变量所有时间间隔蠕变量的积累即为整个时间的蠕变量。在计算第个时间间隔的$蠕变时一般采用显式或隐式欧拉法。曾对涡轮盘和叶片(包括定向结晶和单晶)用和等程序进行了大量的计算得出了可信结果[]。计算蠕变时首先要确定蠕变律在大多数工程应用中采用的表达式:=式中、和为不同温度下的材料常数可由材料的单轴蠕变试验拟合出来。循环蠕变分析是研究蠕变的重要课题。发动机是在多种变工况下工作的因此预测蠕变寿命时必须研究发动机在变动温度和变动应力下的循环蠕变特性。这种循环蠕变特性和恒定温度与恒定应力状态下的静态蠕变特性相比对于不同材料其结论也不同。在简单循环载荷谱下曾对单晶涡轮叶片作过循环蠕变计算并与静态蠕变作了对比分析[]。发动机工作时部件的应力状态是热弹塑性加蠕变即产生疲劳和蠕变需要考虑它们的交互作用蠕变会降低低循环疲劳寿命。高温蠕变试验进行蠕变计算分析需要提供足够的个阶段的蠕变曲线及其拟合的蠕变常数。这些数据精确与否对计算结果影响较大。蠕变律常数需要对试件在工作温度范围内和应力状态下进行完整的蠕变试验。据分析至少要有条蠕变曲线(、个温度每个温度下取、个应力水平)反映出高温材料的蠕变行为满足蠕变计算的需要。受冶、测量等因航空发动机年第卷第期

　　2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。

　　3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。

　　5. 本站仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。

　　7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。