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。     

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。     

基于DRHOSVM的复杂结构瞬态可靠性分析

为提高结构瞬态可靠性分析的效率和精度，基于降维策略和参数优化思想，以支持向量机为建模基础，提出基于降维策略的参数优化支持向量机算法(DRHOSVM)。以航空发动机涡轮叶盘的疲劳寿命数据集为算法验证对象进行瞬态可靠性分析，通过对比直接模拟、传统支持向量机、Kriging,以验证其在建模特性和仿真性能方面的有效性和适用性。结果表明：DRHOSVM在高维数据规模下具有良好的算法精度和效率，适用于复杂结构的可靠性分析。     

涡轮盘中心孔三维疲劳裂纹扩展分析

基于有限元软件ABAQUS和三维裂纹扩展分析软件Franc3D,对涡轮盘中心孔三维疲劳裂纹扩展进行研究分析。首先,对平板试样表面裂纹进行裂纹扩展模拟计算研究,对比手册中Gross/Brown理论模型验证裂纹扩展应力强度因子数值模拟的准确性;其次,针对涡扇发动机涡轮盘结构,对轮盘不同外缘等效应力、转速情况的应力强度因子以及考虑初始缺陷的三维疲劳裂纹扩展寿命进行计算;最后,讨论发动机载荷差异对应力强度因子和裂纹扩展寿命影响规律。结果表明：在相同裂纹长度时,应力强度因子随着轮盘外缘等效应力和转速增加而增大,载荷越大疲劳寿命则越短,且裂纹越长,影响越大。为工程上三维裂纹扩展计算以及寿命评估提供参考。     

高温合金涡轮盘制备数值模拟方法研究进展

通过数值模拟的方式可以研究涡轮盘制备各个工艺环节的影响因素,实现对涡轮盘成品性能的严格控制。本文综述了涡轮盘典型制备路线：真空感应熔炼、电渣重溶、真空电弧重熔、均匀化处理、开坯、锻造和热处理七个工艺阶段的数值模拟计算方法的发展现状,归纳了各工艺阶段的模型构建方法和研究重点。然后阐述了目前对合金产品制备过程集成模拟的研究进展,并介绍了本课题组进行的涡轮盘制备全流程数值模拟工作。最后分析了多工艺集成化模拟的难点,为未来涡轮盘制备过程的全流程集成模拟提供借鉴。     

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。     

双金属结合面缺陷的凸面相控阵超声检测

采用凸面相控阵探头检测双金属涡轮盘内部,根据小孔径涡轮盘结合面缺陷的结构特征、双金属涡轮盘的结构特点以及扩散焊工艺的连接特点等,首先在理论上分析了相控阵超声的声场特性,然后利用CIVA仿真软件设计了一种8阵元凸面相控阵换能器,通过选择合适的相控阵参数,有效地抑制了声束扩散,并在涡轮盘试块中获得了较好的聚焦效果.检测结果...     

随机载荷下风机齿轮动态可靠性评估

以2 MW水平轴变速风力发电机齿轮传动系统为研究对象,对已产生裂纹的风机齿轮进行可靠性评估。以随机风速作为风机齿轮箱外部载荷,通过齿轮的转矩、切向载荷,计算齿轮齿根所受应力,并采用Weibull分布进行拟合;根据断裂概率与齿轮所受最大应力之间的关系和Griffith理论,建立断裂概率与裂纹之间的模型;基于Paris公式建立裂纹与载荷加载次数模型;最后,将上述2种模型结合,利用可靠度与失效率之间的关系,建立考虑随机载荷条件下,风机齿轮的动态可靠性模型。以风机齿轮箱中太阳轮为例,结果表明：相对于初始可靠度大于0.99的太阳轮,所验证的太阳轮初始可靠度在低至0.5的情况下,经过高载荷的作用,其可靠度会急剧下降,直至失效。在确定的材料下,所提模型可以较好地反映不同应力水平下裂纹扩展以及裂纹对可靠度的影响,可较好地应用于工程实践中。     

粉末冶金涡轮盘寿命稳健性分析与设计

基于限界不确定性原理和方法，对粉末冶金涡轮盘寿命进行稳健性分析与设计。首先，系统给出了分析方法：结合区间有限元方法，给出了在给定参数限界不确定性时，FGH95材料粉末冶金盘寿命的限界(上下限)。其次，分析了在满足粉末冶金盘设计寿命(以4000周次为例)时，各随机变量所要求的限界(偏差)范围和组合取值范围。此方法克服了经典可靠性理论对随机变量分布要求的严格性，适于工程应用，为盘的质量控制提供明确的指导和依据。     

GH4169涡轮盘晶粒度控制技术研究

以九级涡轮盘为研究对象,通过有限元模拟获得优化的锻造工艺和设计,并生产试制出晶粒细化的涡轮盘。     

一级涡轮盘锻造开裂原因分析

根据GH4 133B高温材料试验结果 ,应用数值模拟技术对高温合金一级涡轮盘锤锻工艺进行了数值模拟 ,模拟结果揭示出 :初锻温度较低、锤的间隔时间和运料时间较长可能是引起开裂的重要原因。根据对开裂原因的分析 ,提出了避免开裂的工艺方案。后续的数值模拟工作和锻造实验证明 ,应用改进的方案可以制造出合格的高温合金涡轮盘锻件     

航空发动机高压涡轮盘辐板裂纹分析

航空发动机高压涡轮盘在外场使用后大修时,荧光检查发现后封严臂根部有裂纹显示。裂纹位于涡轮盘辐板与后封严臂转接R处,沿圆周分布,宏观上不连续。为查明涡轮盘产生裂纹的原因,本文对故障件的外观尺寸进行了检查,对开裂涡轮盘的化学成分和力学性能进行了测试,对断口进行了宏观和微观观察,并对涡轮盘裂纹处进行了应力分析和疲劳寿命评估以及实物件模拟试验,实现了故障再现。试验和分析结果表明,涡轮盘辐板与后封严臂转接R处的裂纹性质为低周疲劳裂纹,该位置的应力过大是裂纹形成的主要原因。     

晶粒尺寸对GH720Li镍基合金蠕变-疲劳寿命的影响

为探明晶粒尺寸对涡轮盘材料—GH720Li镍基高温合金的蠕变-疲劳寿命的影响机理,开展了650℃下不同晶粒尺寸的GH720Li高温合金圆棒蠕变-疲劳试验研究。GH720Li高温合金的蠕变-疲劳寿命随着晶粒尺寸的减小而降低。而后,通过断口的SEM分析研究晶粒尺寸对GH720Li高温合金的蠕变-疲劳损伤影响机制。其失效机制主要为晶界的氧化起裂,而晶界长度随晶粒尺寸变小而增加。最后,对基于迟滞能量的损伤方程和机械功密度2种方法进行了修正,GH720Li合金的蠕变-疲劳寿命预测与试验结果吻合较好,验证了方法的准确性。     

飞机发动机涡轮盘榫齿裂纹的探伤

由于采用电位法检测飞机发动机涡轮盘榫齿裂纹时常存在漏检,造成涡轮盘脱出事故。分析了采用涡流方法进行检测的可行性,比较了涡流法和电位法检测的灵敏度。最后通过试验证实：涡流法检测涡轮盘榫齿裂纹具有灵敏度高、可检出腐蚀缺陷、表面预清理简单并且扫查速度快的优点,是一种值得推广的检测方法。     

叶片质量不平衡对基础环式风机基础服役性能影响研究

风力发电机叶片长期暴露于恶劣的高空环境，极易产生质量不平衡故障，对风力机的稳定可靠运行影响极大。传统的叶片质量不平衡研究主要集中于对风力发电机组功率和塔筒的分析。基础环式基础广泛应用于风力发电机，在循环荷载作用下易发生损伤破坏。因此，基于叶素动量等理论建立考虑叶片质量不平衡故障的基础环式风机基础服役性能评估模型，模型利用解析方法计算质量失衡叶片对基础造成的附加荷载，结合平衡条件和连续性条件，选用大型有限元软件ABAQUS模拟分析叶片质量不平衡故障对风力机基础应力、疲劳寿命以及侧壁混凝土裂缝发展规律的影响。结果发现：质量失衡叶片在水平方向对风力机基础疲劳寿命的影响最大，叶片质量失衡故障会加快基础混凝土损伤过程，增加基础环的水平度，进而降低风力机基础整体服役的可靠性。此外，建议风力机发生较小叶片质量失衡损伤时通过降低转速维持风力机运行，并定期监测叶片质量失衡比。     

烟气轮机涡轮盘高温合金剩余寿命预测

本文针对已运行60000h的Waspaloy合金烟气轮机涡轮盘进行剩余寿命预测分析,采用不同试验条件下得到的waspaloy合金持久寿命数据对人工神经网络模型进行训练,得到预测精度较高的模型参数,建立温度、应力等服役条件与持久断裂寿命之间的人工神经网络模型,并利用该模型对Waspaloy合金涡轮盘的剩余寿命进行预测分析。结果表明,中间层节点个数为15时,所建立的人工神经网络模型对Waspaloy合金的持久断裂寿命具有最好的统计预测精度,并可以良好地表征Waspaloy合金剩余持久寿命与服役条件间复杂的非线性关系。     

GH4169合金涡轮盘热模锻中晶粒尺寸演变的数值模拟与分析

针对GH4169合金涡轮盘热模锻中易出现粗晶、混晶等显微组织缺陷,通过热模拟压缩实验和热变形后热处理实验,研究分析了GH4169合金在热变形和后续热处理中的显微组织演变规律,并建立了晶粒尺寸演变模型。实验结果表明:GH4169合金在热变形中的主要显微组织演变机制为动态再结晶,热变形后热处理中的主要显微组织演变机制为晶粒长大和孪晶生成。将晶粒尺寸演变模型与有限元结合,对某GH4169合金涡轮盘热模锻中的晶粒尺寸演变进行了预测分析,预测结果与实际结果一致。     

考虑参数不确定性的疲劳断轴可靠性分析方法

主轴是综合传动装置中的核心元件，其可靠性直接影响综合传动装置的正常运行。针对综合传动装置主轴的疲劳失效模式，在有限元仿真的基础上考虑参数不确定性进行可靠性分析。针对疲劳断裂的主轴建立模型进行瞬态动力学仿真，获取承载工况下最大剪切应力。在此基础上考虑参数分散性对主轴强度与所受应力的影响，进行不确定性分析，并基于广义应力-强度干涉理论，运用蒙特卡洛抽样方法进行可靠度计算。在实际使用中，特殊任务下多次发生未预料的断轴故障，主轴的实际使用寿命远低于设计寿命，以该特殊任务为例进行主轴的可靠性分析。研究结果表明：针对疲劳断轴故障，采用考虑不确定性的可靠性分析方法可行。通过案例分析得到了主轴特殊工况下的疲劳寿命。     

PM René 95合金涡轮盘等温锻造工艺的模拟式设计

利用热力耦合有限元程序FORMT,对PM　Rene95合金中等尺寸（外径尺寸约为630mm）涡轮盘的等温锻造工艺进行了模拟式设计.结果表明,采用TZM钼基合金模具。在1050℃以接近10-3s-1的应变速率进行闭式模锻和开式模锻,模具材料均能满足使用要求,且开式模锻设备最大载荷不超过31×103kN;采用K21合金模具,在1000℃以相同条件等温成形。模具材料因变形热效应及边界摩擦引起温升而失效且所需设备吨位相对较大.     

电厂蒸汽回路系统中腐蚀损伤的决定论预测

局部腐蚀,包括点腐蚀、应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳是导致电厂发电装置损伤的重要原因,它们诱发50%以上的意外停机事故。迄今,腐蚀破坏的预测一直沿用经验和统计的方法,但是,由于已证实该方法的适用性和其结果的准确性欠佳,故不宜作为例行检修规程的基础。本文提出了预测局部腐蚀损伤的决定论方法,并使用这个方法说明点腐蚀如何引发低压蒸汽轮机涡轮盘Wilson线下游部位的应力腐蚀开裂(SCC),我们的计算表明SCC的萌发与扩展对蒸汽小氧含量、冷凝液膜的环境和涡轮盘所承受的应力这三个因素敏感。