高瞬态高温升下薄壁结构破坏的寿命规律及其预测方法研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51905249
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:23.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0504.机械结构强度学
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
Thermal shock is a typical failure phenomenon of high temperature thin wall structures in service under the condition of high transient, rapid ascending and high gradient temperature field. It will inevitably occur with the cyclic change of thermodynamic parameters of heat engines, resulting in premature failures and cracks in structures which is much different from traditional thermal fatigue and high temperature fatigue. Presently, there is no strength design methods and theories such as calculation method, life model and criterion in the existing structural design system. However, the evaluation results will commonly be seriously dangerous based on the traditional theory and model. In the present project, life behavior and life prediction method for thin wall structure subjected to high transient and rapid ascending temperature field will be extensively investigated. Using the thermal shocking system consisting of Glebble3800 test machine and MEMS thin film sensor, the effect of geometrical structure and load parameters on deformation, failure and life will investigated in macro and micro level. The calculation method of rapid thermal conduction process will be studied. Based on the modified viscoplastic constitutive model considering variable temperature effect, the distribution and cyclic response of temperature, stress and strain field in the near surface of the specimens subjected to thermal shock will be obtained and revealed. Using the observation of the failure mechanism and analysis of the cyclic thermal mechanical response, thermal shock damage model and life prediction method considering high transient and high gradient thermal effects will be proposed. The theory, method and model in this project will provide a theoretical and scientific methods for structural strength life estimation of combustion chamber, guide vane, rotor blade and other high temperature alloy structures.
热冲击是在高瞬态、高温升、高梯度温度场作用下高温薄壁结构在服役中的典型破坏现象,伴随着热机热力循环参数变化而不可避免地发生,导致结构提前发生不同于传统热疲劳、高温疲劳的皲裂破坏。目前,现有结构设计体系尚无热冲击计算方法、寿命模型及准则,而基于传统理论和模型又使得强度评价严重偏于危险。本项目深入研究高瞬态、高温升下薄壁结构破坏的寿命规律及其预测方法。利用Glebble3800试验机和MEMS薄膜传感器组成的热冲击试验系统,研究几何结构和载荷参数对热冲击变形、破坏和寿命的影响机制。开展急速热传导过程的计算方法研究,并基于修正了变温效应的粘塑性本构模型,揭示热冲击下结构近表层温度、应力、应变场分布和循环响应规律。利用机理和热力响应分析结果,提出考虑高瞬态、高梯度热力效应的热冲击损伤模型和寿命预测方法,为燃烧室、导向器叶片、转子叶片等高温合金结构寿命评价提供理论和科学方法。
结项摘要
项目以用于现代高性能航空发动机的薄壁高温合金结构为研究对象,探索了在复杂快速升降温度热循环-机械载荷下的疲劳失效问题,获得了精密铸造薄壁结构的寿命规律,揭示了含典型结构的薄壁结构的破坏规律,得到了气膜孔在反相位和同相位载荷下不同的高温筏化机制、反相位下楔形裂纹萌生机理、同相位下滑移型裂纹萌生机理,建立了一套考虑了损伤演化、应力状态、应力梯度的寿命预测方法,并得到了工程应用。
项目成果
期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The mean stress and phase angle effect on multiaxial fatigue behavior of a TiAl alloy: Failure analysis and life modeling
平均应力和相位角对 TiAl 合金多轴疲劳行为的影响:失效分析和寿命建模
- DOI:10.1016/j.ijmecsci.2020.106123
- 发表时间:2021-03
- 期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCES
- 影响因子:7.3
- 作者:Zhang Qiang;Hu Xiaoan;Zhang Ziruo;Sun Tong;Wu Jinwu;Li Yifan;Ren Tingting
- 通讯作者:Ren Tingting
The effect of cyclic loading on the creep fatigue life and creep strength of a DS superalloy: Damage mechanism and life modeling
循环载荷对 DS 高温合金蠕变疲劳寿命和蠕变强度的影响:损伤机制和寿命建模
- DOI:10.1016/j.ijfatigue.2019.105452
- 发表时间:2020-05-01
- 期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF FATIGUE
- 影响因子:6
- 作者:Hu, Xiaoan;Zhang, Qiang;Nie, XiangFan
- 通讯作者:Nie, XiangFan
Thermomechanical fatigue and life prediction method of a precision cast superalloy with electrical discharge machining drilled holes
电火花加工精密铸造高温合金的热机械疲劳和寿命预测方法
- DOI:10.1016/j.ijfatigue.2022.107253
- 发表时间:2022-09
- 期刊:International Journal of Fatigue
- 影响因子:6
- 作者:Xing Song;Yun Jiang;Xiaoan Hu;Xiangfan Nie
- 通讯作者:Xiangfan Nie
Creep-fatigue rupture mechanism and microstructure evolution around film-cooling holes in nickel-based DS superalloy specimen
镍基 DS 高温合金试样的蠕变疲劳断裂机制及气膜冷却孔周围微观组织演化
- DOI:10.1016/j.intermet.2021.107359
- 发表时间:2021-12
- 期刊:Intermetallics
- 影响因子:4.4
- 作者:Ting Zhao;Xiaoan Hu;Yun Jiang;Xuefeng Teng;Fencheng Liu;Bin Li;Shengliang Zhang;Yantao Sun
- 通讯作者:Yantao Sun
Thermomechanical fatigue of round tube specimens manufactured by precision directional solidification casting method
精密定向凝固铸造圆管试件的热机械疲劳
- DOI:10.1111/ffe.13909
- 发表时间:2022-12
- 期刊:Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures
- 影响因子:3.7
- 作者:Xing Song;Jie Shen;Xuefeng Teng;Yun Jiang;Xiangfan Nie;Xiaoan Hu
- 通讯作者:Xiaoan Hu
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其他文献
PD-1在泡球蚴感染小鼠肝脏中的动态变化
- DOI:--
- 发表时间:2013
- 期刊:中国人兽共患病学报
- 影响因子:--
- 作者:李艳华;张峰波;赵慧;周晓涛;胡晓安;马秀敏;魏琴;丁剑冰
- 通讯作者:丁剑冰
PD-1与CTLA-4在泡球蚴感染小鼠肝脏中的动态变化研究
- DOI:--
- 发表时间:2013
- 期刊:免疫学杂志
- 影响因子:--
- 作者:胡晓安;马秀敏;魏琴;丁剑冰
- 通讯作者:丁剑冰
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