基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估方法及系统与流程

技术特征：
1.一种基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估方法，其特征在于，包括以下内容：获取外场转速载荷谱并生成试验力载荷谱；基于试验力载荷谱进行材料级蠕变疲劳试验，并基于试验结果构建材料级蠕变微观损伤演化模型；基于试验力载荷谱进行模拟件级蠕变疲劳试验，并基于试验结果和材料级蠕变微观损伤演化模型构建得到模拟件级蠕变微观损伤演化模型；利用模拟件级蠕变微观损伤演化模型预测涡轮叶片的蠕变寿命。2.如权利要求1所述的基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估方法，其特征在于，还包括以下内容：基于模拟件级蠕变微观损伤演化模型进行真实叶片的蠕变微观损伤预测分析，并根据预测分析结果确定真实叶片的工作时间取样方案，对样品切片后进行微观测试试验，并将微观测试试验结果与蠕变微观损伤预测分析结果进行比对，当两个结果相差较大时，对模拟件级蠕变微观损伤演化模型进行修正。3.如权利要求1所述的基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估方法，其特征在于，所述生成试验力载荷谱的过程包括以下内容：采用雨流计数法对外场转速载荷谱进行标准化，得到标准转速载荷谱；采用蠕变损伤等效的方式缩短标准转速载荷谱的试验时间以形成蠕变试验加速载荷谱；将蠕变试验加速载荷谱等效为试验力载荷谱。4.如权利要求1所述的基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估方法，其特征在于，在进行材料级蠕变疲劳试验之前还包括以下内容：测试得到材料级试验件的蠕变疲劳寿命和材料蠕变曲线，基于蠕变疲劳寿命和材料蠕变曲线将载荷持续时间分配为0、t/4、t/2、0.9t和t，t表示蠕变疲劳寿命。5.如权利要求1所述的基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估方法，其特征在于，所述材料级蠕变微观损伤演化模型为：其中，表示蠕变损伤率，表示初始蠕变损伤率，ξ、φ、β均是温度相关常数，τ
c
表示屈服应力，r
s
表示各向同性硬化应力，表示稳态蠕变率，τ
s
表示硬化应力，表示第s个八面体滑移系上的分切应变率，d
s
表示蠕变损伤因子，χ
s
表示随动硬化应力，k、n
′
是温度相关常数，sign()表示符号函数，< >表示屈服条件，当|τ
s-χ
s
|-r
s
＜0时，不满足滑移系开动条件，此时仅发生弹性变形而不会被计入到中，d0表示初始蠕变损伤变量，d0＝η1d1 η2d2 η3d3，η1、η2、η3表示权重系数，η1 η2 η3＝1，d1表示通道宽度粗化所表征的蠕变损伤变量，d2表示由孔洞生成所表征的蠕变损伤变量，d3表示tcp相析出所表征的蠕变损伤变量。
6.如权利要求5所述的基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估方法，其特征在于，所述模拟件级蠕变微观损伤演化模型为：所述模拟件级蠕变微观损伤演化模型为：其中，表示蠕变影响区内的分切应变率场强度，ω表示蠕变影响区，s表示蠕变影响区的大小，表示权函数，表示蠕变影响区内位置为(i，j)的节点的分切应变率。7.如权利要求2所述的基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估方法，其特征在于，修正后的模拟件级蠕变微观损伤演化模型为：修正后的模拟件级蠕变微观损伤演化模型为：修正后的模拟件级蠕变微观损伤演化模型为：其中，和分别为考虑结构修正的节点分切应变率以及蠕变影响区内的分切应变率场强度，为修正后的分切应变率，k1表示结构影响系数。8.如权利要求2所述的基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估方法，其特征在于，所述基于模拟件级蠕变微观损伤演化模型进行真实叶片的蠕变微观损伤预测分析，并根据预测分析结果确定真实叶片的工作时间取样方案的过程具体为：利用模拟件级蠕变微观损伤演化模型进行真实叶片的蠕变微观损伤预测分析，得到基体通道宽度的粗化随时间变化的曲线、孔洞的生成随时间变化的曲线、tcp相的析出随时间变化的曲线，确定三条曲线均变化明显的工作时间区间，以该工作时间区间作为真实叶片的工作时间取样方案。9.如权利要求1所述的基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估方法，其特征在于，所述模拟件级试验件的几何、材料、温度和蠕变过程中的损失控制参量均与真实叶片保持一致。10.一种基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估系统，采用如权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，包括：载荷谱生成模块，用于获取外场转速载荷谱并生成试验力载荷谱；第一模型构建模块，用于基于试验力载荷谱进行材料级蠕变疲劳试验，并基于试验结果构建材料级蠕变微观损伤演化模型；第二模型构建模块，用于基于试验力载荷谱进行模拟件级蠕变疲劳试验，并基于试验结果和材料级蠕变微观损伤演化模型构建得到模拟件级蠕变微观损伤演化模型；
预测模块，用于利用模拟件级蠕变微观损伤演化模型预测涡轮叶片的蠕变寿命。

技术总结
本发明公开了一种基于材料微观损伤演化的涡轮叶片寿命评估方法及系统，该方法先基于外场转速载荷谱生成试验力载荷谱，以便于进行蠕变疲劳试验，然后基于生成的试验力载荷谱先后进行材料级蠕变疲劳试验和模拟件级蠕变疲劳试验，以构建材料级蠕变微观损伤演化模型和模拟件级蠕变微观损伤演化模型，以逐级递进的方式对蠕变疲劳试验的微观结构演化进行了定量描述，建立了蠕变损伤和微观结构演化之间的关系，实现了涡轮叶片蠕变寿命的精准预测，从而为航空发动机的翻修与叶片更换提供技术参考。考。考。


技术研发人员：艾兴 王阁 杨旭峰 汪全中 米栋 李坚 宋双文 梅庆
受保护的技术使用者：中国航发湖南动力机械研究所
技术研发日：2022.10.27
技术公布日：2023/2/3