粉末冶金涡轮盘裂纹扩展寿命可靠性敏度分析

结合粉末冶金材料含有非金属夹杂裂纹的特点，以裂纹扩展寿命可靠性分析的剩余强度模型与寿命干涉模型为基础，建立了多夹杂裂纹扩展的可靠性敏度分析模型。此模型首先给出了多个失效模式系统失效概率敏度与单夹杂裂纹扩展寿命失效概率敏度之间的关系；采用一次二阶矩敏度分析方法求出系统失效概率对综合随机变量分布参数与部分基本随机变量分布参数的敏度：通过回归分析与综合随机变量数字特征的性质，得到综合随机变量分布参数对相关基本随机变量分布参数的敏度，最终得到系统失效概率对所有基本随机变量分布参数的敏度。采用所建敏度模型计算了某型发动机粉末冶金涡轮盘裂纹扩展寿命失效概率对基本变量分布参数的敏度，通过对计算结果的分析，得到了在给定参数情况下影响粉末冶金涡轮盘系统失效概率的最主要因素，指出了模型与参数之间的本质联系。剩余强度模型与寿命干涉模型可靠性敏度计算结果一致性，以及定量计算与定性分析结果的一致性，说明了本研究方法是合理可行的。     

疲劳S-N曲线的模糊线性回归模型研究

疲劳寿命同时具有双重不确定性:随机不确定性和模糊不确定性,其中模糊不确定性还没有统一的结论。在三参数疲劳S-N曲线的拟合中,主要考虑了疲劳寿命的随机不确定性,而没有考虑其模糊不确定性。疲劳寿命均值是模糊疲劳寿命的函数,因此疲劳寿命均值也是模糊随机变量。本研究以疲劳寿命均值作为模糊随机变量,建立疲劳S-N曲线模糊线性回归模型和模糊加权线性回归模型,分析试验数据模糊性、分散性对回归方程的影响。     

改进热加工工艺提高Cr12钢粉末冶金模的使用寿命

通过对粉末冶金模Crl2材料显微组织的实验分析并联系粉末冶金模具的失效机理，提出了采用改进的Crl2热加工工艺(锻造和淬、回火)来提高模具寿命的方法。     

粉末冶金涡轮盘裂纹扩展可靠性分析方法

以粉末冶金夹杂裂纹扩展寿命预测理论为基础，建立了裂纹扩展可靠性分析的剩余强度干涉模型与寿命干涉模型。采用改进一次二阶矩法分析单个夹杂裂纹扩展的可靠性。为了分析多个夹杂裂纹扩展的可靠性，提出了随机裂纹位置的均值等可能分布的多裂纹分布模型，与随机裂纹位置的均值处在夹杂所占体积中心的多裂纹分布模型相比，本文模型更偏于安全，且适合于工程应用。所提方法被应用于计算某粉末冶金涡轮盘裂纹扩展的失效概率，分析结果表明夹杂位置距离表面较近的裂纹引起的失效概率大。     

埋入式BGA焊点可靠性和信号完整性优化

建立了埋入式微尺度球栅阵列(ball grid array, BGA)焊点有限元分析模型和三维电磁仿真模型，分别进行热循环加载分析和信号完整性分析. 选取焊点最大径向尺寸、焊点高度和焊盘直径作为设计变量，以焊点的热疲劳寿命和回波损耗最小为目标，利用正交试验和灰色关联分析相结合的方法对BGA焊点进行多目标优化设计，并通过试验对信号完整性优化结果进行了验证. 结果表明，优化后焊点最大等效应力下降了8.2%，在热疲劳寿命提高了2.15倍的同时回波损耗降低了11.8%，信号完整性试验验证了优化结果的有效性.     

基于Wiener强度退化过程的机械零部件可靠性灵敏度分析

考虑到机械产品在时间历程上的时变性,引入不确定性的随机变量表达产品各个参数的不确定性,引入不确定性的随机变量表达形式代表产品各参数在使用过程中的不确定因素。利用带漂移参数的Wiener过程描述强度退化过程,以应力干涉模型为可靠性模型基础,结合可靠性灵敏度设计方法,采用一次二阶矩技术得出研究对象可靠度及可靠性灵敏度在强度退化过程中随时间变化的规律。文章以螺栓为具体算例对所提出的方法进行研究,推导得出螺栓在强度退化情况下的可靠度及灵敏度的计算结果,并用Monte-Carlo方法对计算结果进行验证。     

Study on Fatigue Properties of Turbine Disk Groove Modeling Specimens of GH4720 Alloy

基于航空发动机涡轮盘榫槽结构特点及其工作状态,采用榫槽模拟件对GH4720合金的疲劳失效机理和裂纹扩展寿命进行了实验研究和理论分析。研究结果表明:GH4720合金榫槽模拟件的疲劳失效表现为3个阶段:(i)模拟涡轮盘榫槽处由于较高的应力集中而产生滑移,进而萌生裂纹;(ii)随着应力集中和循环载荷的持续,相邻晶粒间位错开动、发生滑移,裂纹在晶粒间传递;(iii)随着应力强度因子范围增大,剪应力和主应力交互作用、滑移系开动及位错在不同滑移系间的运动,裂纹快速扩展。在实验基础上建立了GH4720合金的疲劳裂纹扩展寿命模型,基于有限元分析的榫槽处的应力和裂纹扩展寿命模型得到的裂纹扩展寿命与实验结果相符,表明该裂纹扩展寿命模型可用于工程中预测涡轮盘的剩余寿命。     

GH4720合金涡轮盘榫槽模拟件疲劳性能研究(英文)

基于航空发动机涡轮盘榫槽结构特点及其工作状态,采用榫槽模拟件对GH4720合金的疲劳失效机理和裂纹扩展寿命进行了实验研究和理论分析。研究结果表明:GH4720合金榫槽模拟件的疲劳失效表现为3个阶段:(i)模拟涡轮盘榫槽处由于较高的应力集中而产生滑移,进而萌生裂纹;(ii)随着应力集中和循环载荷的持续,相邻晶粒间位错开动、发生滑移,裂纹在晶粒间传递;(iii)随着应力强度因子范围增大,剪应力和主应力交互作用、滑移系开动及位错在不同滑移系间的运动,裂纹快速扩展。在实验基础上建立了GH4720合金的疲劳裂纹扩展寿命模型,基于有限元分析的榫槽处的应力和裂纹扩展寿命模型得到的裂纹扩展寿命与实验结果相符,表明该裂纹扩展寿命模型可用于工程中预测涡轮盘的剩余寿命。     

基于焊点形态预测与塑性应变计算的工艺参数对QFP焊点可靠性影响分析

选取焊盘长度、焊盘宽度、钢网厚度和间隙高度4个工艺参数作为关键因素,采用水平正交表L25(56)设计了25种不同参数组合的208脚、0.5mm引脚间距四方扁平封装(Quad Flat Package:QFP)器件焊点;建立了这25种焊点的三维形态预测模型和三维有限元分析模型;对热循环加载条件下QFP焊点进行了非线性有限元分析,基于塑性应变采用Coffin-Manson方程计算了25种不同焊点形态的QFP焊点热疲劳寿命;针对热疲劳寿命计算结果,进行了极差分析与方差分析。结果表明,最优的工艺参数组合为焊盘长度1.25mm,焊盘宽度0.30mm,钢网厚度0.125mm,间隙高度0.05mm;在置信度为90%的情况下,焊盘长度对QFP焊点可靠性具有显著影响而焊盘宽度、钢网厚度、间隙高度对可靠性无显著影响。     

结构疲劳裂纹扩展寿命的区间预测北大核心

针对结构疲劳裂纹扩展寿命预测中参数不确定性会导致结构裂纹扩展寿命偏差较大的问题,在分析过程中考虑结构材料特性、载荷和裂纹尺寸等的不确定性,将影响结构疲劳裂纹扩展寿命的不确定性参数视为区间变量,给出了疲劳裂纹开始扩展的区间条件;以Paris公式恒幅载荷疲劳裂纹扩展寿命计算公式为基础,提出了恒幅载荷和变幅载荷作用下结构疲劳裂纹扩展寿命预测的区间模型,并且给出了该区间模型求解的优化方法。通过工程实例计算,表明该方法是可行、有效和简便的,它可以作为结构疲劳裂纹扩展寿命预测的一种新方法。     

镍基粉末高温合金FGH96应变疲劳行为

对镍基粉末高温合金FGH96在750℃、应变比R=0.05下的应变疲劳循环应力响应曲线、循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线进行分析,通过非线性回归拟合,得到基于Manson-Coffin公式及郑公式两种处理模型的应变—寿命曲线及相关参数。结果表明,FGH96合金在实验加载条件下,出现了循环软化—稳定—再软化断裂的应力响应特性,并随着加载应变幅的提高而愈加明显。与Manson-Coffin公式相比,郑公式在宏观预测应变疲劳寿命,尤其是确定材料疲劳极限问题上取得很好的预测效果。     

镍基粉末冶金FGH95高温合金的拉伸及低周疲劳性能研究

在420～650℃的温度范围内,研究了PM FGH95高温合金在应变率0.0001～0.01 s-1范围内的拉伸性能及在不同应力比R=-1及R=0下的低周疲劳性能.拉伸试验结果表明:在此温度范围内,应变率对弹性模量、拉伸屈服强度及塑性模量的影响可以忽略不计;并且应变率自0.0001 s-1增大至0.01 s-1时,弹性模量、拉伸屈服强度及塑性模量受温度的影响也不明显.PM FGH95合金受材料微结构的影响很大,材料含有的微缺陷对其力学性能有非常不利的影响.LCF试验结果表明:PM FGH95合金是循环硬化材料.当应力比R=-1时,温度对LCF寿命的影响很小;但在应力比R=0时,LCF寿命受温度的影响很大,且随着温度的增加材料的低周疲劳寿命减小.SEM断口扫描发现,断裂表面有很多的解理面,但没有疲劳条带,且此断裂模式下没有明显的塑性变形,所以FGH95合金的低周疲劳寿命几乎是由裂纹萌生阶段决定的.     

粉末冶金盘材料FGH95热机械疲劳寿命预测

分别用微裂纹扩展模型、Manson-Coffin方程和拉伸迟滞能模型（Ostergren）对粉末冶金盘材料FGH95合金的热机械疲劳寿命进行了预测。结果发现,Manson—Coffin方程、微裂纹扩展模型和拉伸迟滞能寿命预测模型都能较好的对FGH95合金的热机械疲劳寿命进行预测（分散带为2倍左右）。通过分散带和标准差的定量比较发现：对于同相位和-135。相位热机械疲劳,微裂纹扩展寿命预测模型的预测结果比拉伸迟滞能模型和Manson-Coffin方程的预测结果好;而对于反相位和同相位带保持时间的热机械疲劳,拉伸迟滞能寿命预测模型的预测结果比微裂纹扩展模型和Manson-Coffin方程的预测结果好。     

FGH96、FGH97粉末盘的无损检测

通过对FGH96粉末、FGH97粉末镍基高温合金涡轮盘、篦齿盘无损检测方法研究,确定了粉末盘超声检测和荧光检测工艺。通过检测结果研究发现,热等静压+锻造态合金有利于超声检测,并发现了缺陷显示;直接成型热等静压态合金有利于荧光检测,并发现了缺陷显示。     

基于FEM的预成形最优化方法及其应用

锻件质量和锻造行业的技术经济效益很大程度上取决于预成形工步和预成形设计。由于问题的复杂性,通常是在实际生产经验基础上,通过后复试验的方法进行预成形工步和预成形设计。显然,这种情况已不能满足以信息技术为主导的高新技术发展的需要。本文介绍一种基于正向有限无数值模拟和最优化方法的锻件预成形设计新方法。并对这种方法实施过程中遇到的若干关键技术进行探讨。应用根据这种方法所建立的锻件预成形设计原型系统,对ＦＧ     

DD6/FGH96线性摩擦焊接头组织及性能

文中针对航空发动机涡轮盘的典型材料DD6单晶和FGH96粉末合金材料,开展了异种材料线性摩擦焊工艺研究.研究了DD6/FGH96的可焊性,并对DD6/FGH96线性摩擦焊接头进行了组织观察和力学性能测试.结果表明,焊接后FGH96侧组织有明显变形区,而DD6侧组织变形不明显.两种材料焊缝区的γ'相均发生了溶解,而且尺寸也发生变化.拉伸测试结果表明,断裂均发生在DD6单晶侧,接头抗拉强度可与DD6单晶母材相当.     

“粉冶-铸-锻”联合体的塑性变形与微观结构

实现盘缘与盘心异种变形高温合金的高强冶金连接是制造双合金涡轮盘的关键。本研究选择粉末高温合金为盘缘材料、变形高温合金为盘心材料,采用电子束焊接盘缘与盘心。电子束焊接后的焊缝区域不仅具有两种母材的结构特征（即粉末高温合金和变形高温合金的结构特征）,而且焊缝区存在明显的铸造组织。两种高温合金材料电子束焊接后形成了组织特征鲜明的“粉冶-铸-锻” 结构。本文首次研究了“粉冶-铸-锻”的变形行为,并重点探讨了焊缝的组织演化规律。相关研究结果不仅丰富了异种高温材料连接区的增强方法与组织控制方法,而且为发展双合金等温变形技术提供了科学依据。     

Creep Properties and Solute Atomic Segregation of High-W and High-Ta Type Powder Metallurgy SuperalloyEI北大核心CSCD

研究了最新开发的高W高Ta型粉末高温合金GNPM01优异的蠕变性能和蠕变强化机理。利用球差校正扫描透射电子显微镜(AC-STEM)，详细分析了粉末高温合金GNPM01蠕变变形机制和溶质原子在超点阵层错和微孪晶上的偏聚行为，阐明了溶质原子Cr、Co、Mo的偏聚是导致无序微孪晶在晶内扩展的根本原因。GNPM01合金在815℃蠕变过程中，γ’相内孤立的超点阵外禀层错(SESF)处出现了W、Ta、Nb、Co和Ti的Suzuki偏聚，并且偏聚原子具有有序的占位，造成SESF处发生局部微区相变(LPT)，形成的[(Ni, Co)₃(Ti, Nb, Ta, W)]有序相η相能有效阻碍微孪晶的形成和扩展，从而降低合金的蠕变速率。     

热挤压态FGH95合金的动态再结晶机制研究

针对热挤压态FGH95合金进行变形温度为1050~1120 ℃、变形量为50%和70%、应变速率为10?4~1 s?1的热压缩试验,研究该合金动态再结晶（DRX）的组织演变和形核机制。结果表明:提高变形温度和降低应变速率可以促进小角度晶界向大角度晶界迁移,有利于动态再结晶晶粒的长大;变形温度和变形量对热挤压态FGH95合金的动态再结晶机理的影响不明显,而应变速率对动态再结晶机制影响较大;随着应变速率的增加,热挤压态FGH95合金由不连续动态再结晶机制逐渐转变为连续动态再结晶机制;热挤压态FGH95合金的动态再结晶以不连续动态再结晶形核机制为主,以连续动态再结晶形核机制为辅;在1050 ℃、1 s?1变形条件下,热挤压态FGH95合金发生连续动态再结晶形核。     

FGH4096粉末高温合金的再结晶形核机制

利用OM和TEM对FGH4096粉末高温合金的再结晶组织进行了系统的观察和分析,证实有3种再结晶形核机制存在,即原始颗粒边界形核、应变诱导蝶状γ’相形核和孪晶叠加形核.通过研究微观偏析,弯曲褶皱边界的形成和孪晶叠加效应,原子扩散和位错运动建立了形核模型.