航空发动机高温合金激光冲击强化后的多尺度微动疲劳理论研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    91860111
  • 项目类别：
    重大研究计划
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    张宏建
  • 依托单位：
    南京航空航天大学
  • 学科分类：
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Fretting fatigue refers to the contact fatigue phenomenon induced by micro-sliding between the contact surfaces of joint. It widely exists in mechanical connection structures, especially in aero-engine tenon/mortise connection structure. Laser shock peening (LSP), which is a new high energy density surface strengthening technology, can effectively improve the fretting fatigue properties. In this proposal, the characters of the residual stress distribution and the microstructure around the surface and subsurface area of a Nickel-based alloy (GH4169) processed by LSP with different technological parameters will be studied. The fretting fatigue properties of LSP enhanced GH4169 will be investigated by experiments. The fretting fatigue mechanisms and the evolution rules of the residual stress around the surface area of LSP enhanced GH4169 will be studied by fretting fatigue tests at different stages of fatigue life. Considering the characters of the microstructure and the evolution rules of the residual stress, a multi-scale fretting fatigue life prediction model and analytical method will be developed in this proposal. Based on the research on this proposal, it is expected to provide theoretical foundation for the fretting fatigue life prediction and anti-fretting fatigue design of the connecting structures in aeroengine.
微动疲劳是指连接结构之间的表面微滑动引起的接触疲劳现象，其广泛存在于机械连接结构中，航空发动机榫连接结构的微动疲劳损伤更为严峻。激光冲击强化作为新型高能密度表面强化技术，能有效的提高材料的微动疲劳寿命。本项目以此为背景，通过分析研究不同激光冲击强化工艺参数对强化后GH4169表面残余应力分布和微细观结构组织演化特征的影响规律，获取其残余应力和微细观结构特征沿表层向里层的不同区域的变化规律；在此基础上，开展激光冲击强化后高温合金的微动疲劳研究，揭示强化后高温合金的微动疲劳机理，并探求残余应力随微动疲劳寿命的演化规律；基于强化后高温合金的微细观结构特征，研究建立考虑材料微细观结构特征和残余应力变化情况的多尺度微动疲劳寿命预测模型和数值仿真分析方法。本项目的研究将为航空发动机机械连接结构的微动疲劳寿命预测和抗微动疲劳设计提供理论基础。

结项摘要

本项目以GH4169合金为主并兼顾TC11合金材料为研究对象，针对GH4169合金和TC11合金这两种材料分别开展了不同激光冲击强化工艺参数下的表面强化处理，分析了激光冲击工艺参数对试样表面轮廓、表面粗糙度、残余应力分布、表面硬度、表面弹性模量以及微观组织状态等参量的影响规律；并结合激光冲击强化的基本原理，建立了激光冲击强化的数值仿真分析模型，应用有限元方法对它们的表层残余应力进行仿真模拟，模拟结果与试验测试结果吻合较好。.其次，为揭示材料接触对的微动疲劳损伤机理，本项目对GH4169合金在不同温度下开展了原位微动疲劳试验研究，分析了微动疲劳裂纹的萌生位置、裂纹扩展速率和方向、微动磨损等规律，揭示了微动疲劳裂纹的萌生和扩展机理。.接着，为了研究探究不同激光工艺参数对GH41699合金和TC11合金微动疲劳影响机制，选取不同激光冲击强化处理后的GH4169合金和TC11合金开展了微动疲劳试验，对比分析了激光冲击强化前后试验件的微动疲劳寿命变化规律，分析了微动疲劳裂纹的萌生、扩展情况和微动接触区的磨损状况，同时进行一定微动疲劳循环数的中止试验，探究了残余应力随着微动疲劳循环数的释放规律。.最后，以Chaboche弹塑性各向同性随动强化本构模型为基础，提出了考虑最大切向应力和临界等效应变的微动疲劳损伤参量，并在此基础上，结合有限元理论建立了考虑微动疲劳损伤过程的微动疲劳寿命预测模型；同时，在该模型中引入激光冲击强化数值模拟的残余应力分布值，进一步建立了考虑表面强化的微动疲劳寿命预测模型。利用该模型分别对强化前后的GH4169合金的微动疲劳行为进行数值模拟分析，与试验结果的对比表明：模型预测的裂纹萌生位置、萌生角度和疲劳寿命与试验结果均吻合较好。.本项目的研究工作将为航空发动机机械连接结构的微动疲劳寿命预测和抗微动疲劳设计提供理论基础。

项目成果

期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Study on the Dislocation Density and Deformation Mechanism of Superalloy IC10 at 700 degrees C
高温合金IC10 700℃位错密度及变形机制研究
  • DOI：
    10.1166/sam.2020.3736
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Science of Advanced Materials
  • 影响因子：
    0.9
  • 作者：
    Zhang Hongjian;Xiao Jianfeng;Cui Haitao;Wen Weidong
  • 通讯作者：
    Wen Weidong
A physical-based constitutive model considering the motion of dislocation for Ni3Al-base superalloy
考虑位错运动的Ni3Al基高温合金的物理本构模型
  • DOI：
    10.1016/j.msea.2019.138631
  • 发表时间：
    2020-01
  • 期刊：
    Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Xiao Jianfeng;Cui Haitao;Zhang Hongjian;Wen Weidong;Zhou Jie
  • 通讯作者：
    Zhou Jie
Effect of Laser Shock Peening on Fretting Fatigue Life of TC11 Titanium Alloy.
激光冲击强化对TC11钛合金微动疲劳寿命的影响。
  • DOI：
    10.3390/ma13214711
  • 发表时间：
    2020-10-22
  • 期刊：
    Materials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Yang X;Zhang H;Cui H;Wen C
  • 通讯作者：
    Wen C
A user-friendly yield criterion for metals exhibiting tension-compression asymmetry
针对具有拉压不对称性的金属的用户友好的屈服准则
  • DOI：
    10.1016/j.cja.2020.04.025
  • 发表时间：
    2020-10
  • 期刊：
    Chinese Journal of Aeronautics
  • 影响因子：
    5.7
  • 作者：
    Chen Lei;Wen Weidong;Zhang Hongjian
  • 通讯作者：
    Zhang Hongjian
激光冲击强化对钛合金高温微动疲劳寿命的影响
  • DOI：
    10.13675/j.cnki.tjjs.190052
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    推进技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈旭;崔海涛;田增;张宏建;何艳磊
  • 通讯作者：
    何艳磊

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其他文献

基于漏失控制的供水管网水压监测点布局方法研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    沈一凡;魏冠雄;侯迪波;黄平捷;张光新;张宏建
  • 通讯作者：
    张宏建
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应用LSSVM利用在线水质参数对供水系统中已知污染物进行定量评估
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Sensors
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    王可心;文相;侯迪波;屠德展;朱乃富;黄平捷;张光新;张宏建
  • 通讯作者：
    张宏建
TiAl金属间化合物材料本构模型的研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    机械工程材料
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张宏建;温卫东;崔海涛
  • 通讯作者：
    崔海涛
木薯渣高效降解复合菌系RXS的氮源优化
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    毛忠贵;唐蕾;张建华;张宏建
  • 通讯作者：
    张宏建
基于基线校正和主元分析的紫外-可见光光谱在线水质异常检测方法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    郭冰冰;侯迪波;金宇;尹航;黄平捷;张光新;张宏建
  • 通讯作者：
    张宏建

其他文献

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2.5维编织复合材料的多轴疲劳损伤机理及寿命预测模型研究
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  • 项目类别：
    青年科学基金项目

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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