CN114323622A - 一种通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，包括：步骤一，选型预旋转；步骤二，主应力梯度分布提取；步骤三，设计模拟件；步骤四，确定模拟件预拉伸载荷；步骤五，加工制造模拟件；步骤六，低循环疲劳试验；步骤七，对比试验结果。本申请的方法来验证涡轮盘超速预旋转工艺对涡轮盘低循环疲劳性能的影响，模拟件设计过程中采用三维尺度主应力等效原则，且要求缺口部位表面状态与涡轮盘特征部位一致，以保证模拟件与涡轮盘结构等效。同时该方法相对于全尺寸涡轮盘试验成本低，可操作性高，且可增大试验子样来排除低循环寿命分散性的影响。解决目前对涡轮盘低循环疲劳性能的提升效果缺乏有效的试验验证手段的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，属于涡轮盘验证方法技术领域。
背景技术
随着航空发动机技术的发展，高性能先进航空发动机上大量使用新材料和新结构，同时采用新的强化手段以提高结构的综合效能，预应变强化技术是一项十分有效的轮盘疲劳性能强化手段。该技术在航空发动机涡轮盘制造过程中对涡轮盘进行一定转速下的预应变强化，即超速预旋转，以提高结构的稳定性和抗疲劳性能。但鉴于对涡轮盘实施超速预旋转的资金及资源因素限制，该技术对涡轮盘低循环疲劳性能的提升效果缺乏有效的试验验证手段，
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，包括如下步骤：
步骤一，选型预旋转；
步骤二，主应力梯度分布提取；
步骤三，设计模拟件；
步骤四，确定模拟件预拉伸载荷；
步骤五，加工制造模拟件；
步骤六，低循环疲劳试验；
步骤七，对比试验结果。
所述步骤一，选型预旋转为：选定某型发动机粉末冶金的涡轮盘，确定其超速预旋转实施工艺。
所述步骤二，主应力梯度分布提取为：确定涡轮盘低循环考核载荷谱，仿真分析低循环转速下轮盘应力分布，确定寿命考核部位，采用三维尺寸主应力梯度提取方法提取该部位三维尺寸下主应力梯度分布。
所述步骤三，设计模拟件为：涡轮盘结构形式优化设计模拟件，其中将涡轮盘结构的缺口部位控制尺寸作为优化变量，采用优化设计手段调节模拟件各优化变量及模拟件施加载荷，直至模拟件缺口部位三维尺度下主应力梯度与涡轮盘寿命考核部位一致，根据优化设计结果确定模拟件结构及低循环疲劳载荷，并绘制模拟件图纸。
所述步骤四，确定模拟件预拉伸载荷为：计算超速预旋转转速下涡轮盘寿命考核特征部位三维尺度主应力梯度，并根据该应力梯度值确定模拟件预拉伸载荷，确定方法与步骤三一致。
所述步骤五，加工制造模拟件为：根据模拟件图纸加工制造试验用模拟件，要求模拟件不少于8件，以保证试验对比结果有效性，模拟件在加工时应保证缺口部位表面处理状态与轮盘寿命考核部位一致。
所述步骤六，低循环疲劳试验为：将模拟件分为两组，一组进行预拉伸，一组保持原状态，预拉伸完成后进行分别进行低循环疲劳试验，直至模拟件发生低循环疲劳失效，模拟件预拉伸温度及缺口部位处理工艺应与涡轮盘超速预旋转工艺规定保持一致。
所述步骤七，对比试验结果为：处理试验结果，得到预拉伸前后模拟件低循环疲劳对比试验结果，此结果即为涡轮盘超速预旋转工艺前后涡轮盘低循环疲劳性能提升效果。
本发明的有益效果在于：本申请的方法来验证涡轮盘超速预旋转工艺对涡轮盘低循环疲劳性能的影响，模拟件设计过程中采用三维尺度主应力等效原则，且要求缺口部位表面状态与涡轮盘特征部位一致，以保证模拟件与涡轮盘结构等效。同时该方法相对于全尺寸涡轮盘试验成本低，可操作性高，且可增大试验子样来排除低循环寿命分散性的影响。解决目前对涡轮盘低循环疲劳性能的提升效果缺乏有效的试验验证手段的问题。
附图说明
图1是本发明涡轮盘的主视图；
图2是图1的俯视图；
图3是优化变量的模拟件示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图3所示。
本发明的一种通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，包括如下步骤：
步骤一，选型预旋转：选定某型发动机粉末冶金的涡轮盘，确定其超速预旋转实施工艺，涡轮盘结构如图1和图2所示。
步骤二，主应力梯度分布提取：确定涡轮盘低循环考核载荷谱，仿真分析低循环转速下轮盘应力分布，确定寿命考核部位，采用三维尺寸主应力梯度提取方法提取该部位三维尺寸下主应力梯度分布。
步骤三，设计模拟件：根据附图1和图2涡轮盘结构形式优化设计模拟件，其中将图1中涡轮盘结构的缺口部位控制尺寸作为优化变量，局部放大见图3，采用优化设计手段调节图3中模拟件各优化变量及模拟件施加载荷，直至模拟件缺口部位三维尺度下主应力梯度与涡轮盘寿命考核部位一致，根据优化设计结果确定模拟件结构及低循环疲劳载荷，并绘制模拟件图纸。
步骤四，确定模拟件预拉伸载荷：计算超速预旋转转速下涡轮盘寿命考核特征部位三维尺度主应力梯度，并根据该应力梯度值确定模拟件预拉伸载荷，确定方法与步骤三一致。
步骤五，加工制造模拟件：根据模拟件图纸加工制造试验用模拟件，要求模拟件不少于8件，以保证试验对比结果有效性，模拟件在加工时应保证缺口部位表面处理状态与轮盘寿命考核部位一致。
步骤六，低循环疲劳试验：将模拟件分为两组，一组进行预拉伸，一组保持原状态，预拉伸完成后进行分别进行低循环疲劳试验，直至模拟件发生低循环疲劳失效，应注意模拟件预拉伸温度及缺口部位处理工艺应与涡轮盘超速预旋转工艺规定保持一致。
步骤七，对比试验结果：处理试验结果，得到预拉伸前后模拟件低循环疲劳对比试验结果，此结果即为涡轮盘超速预旋转工艺前后涡轮盘低循环疲劳性能提升效果。
本方法采用涡轮盘结构特征模拟件对比试验的方法来验证涡轮盘超速预旋转工艺对涡轮盘低循环疲劳性能的影响，模拟件设计过程中采用三维尺度主应力等效原则，且要求缺口部位表面状态与涡轮盘特征部位一致，以保证模拟件与涡轮盘结构等效。同时该方法相对于全尺寸涡轮盘试验成本低，可操作性高，且可增大试验子样来排除低循环寿命分散性的影响。解决目前对涡轮盘低循环疲劳性能的提升效果缺乏有效的试验验证手段的问题。
Claims (8)
1.一种通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，选型预旋转；
步骤二，主应力梯度分布提取；
步骤三，设计模拟件；
步骤四，确定模拟件预拉伸载荷；
步骤五，加工制造模拟件；
步骤六，低循环疲劳试验；
步骤七，对比试验结果。
2.如权利要求1所述的通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，其特征在于：所述步骤一，选型预旋转为：选定某型发动机粉末冶金的涡轮盘，确定其超速预旋转实施工艺。
3.如权利要求1所述的通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，其特征在于：所述步骤二，主应力梯度分布提取为：确定涡轮盘低循环考核载荷谱，仿真分析低循环转速下轮盘应力分布，确定寿命考核部位，采用三维尺寸主应力梯度提取方法提取该部位三维尺寸下主应力梯度分布。
4.如权利要求1所述的通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，其特征在于：所述步骤三，设计模拟件为：涡轮盘结构形式优化设计模拟件，其中将涡轮盘结构的缺口部位控制尺寸作为优化变量，采用优化设计手段调节模拟件各优化变量及模拟件施加载荷，直至模拟件缺口部位三维尺度下主应力梯度与涡轮盘寿命考核部位一致，根据优化设计结果确定模拟件结构及低循环疲劳载荷，并绘制模拟件图纸。
5.如权利要求4所述的通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，其特征在于：所述步骤四，确定模拟件预拉伸载荷为：计算超速预旋转转速下涡轮盘寿命考核特征部位三维尺度主应力梯度，并根据该应力梯度值确定模拟件预拉伸载荷，确定方法与步骤三一致。
6.如权利要求1所述的通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，其特征在于：所述步骤五，加工制造模拟件为：根据模拟件图纸加工制造试验用模拟件，要求模拟件不少于8件，以保证试验对比结果有效性，模拟件在加工时应保证缺口部位表面处理状态与轮盘寿命考核部位一致。
7.如权利要求1所述的通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，其特征在于：所述步骤六，低循环疲劳试验为：将模拟件分为两组，一组进行预拉伸，一组保持原状态，预拉伸完成后进行分别进行低循环疲劳试验，直至模拟件发生低循环疲劳失效，模拟件预拉伸温度及缺口部位处理工艺应与涡轮盘超速预旋转工艺规定保持一致。
8.如权利要求1所述的通过模拟件对比试验验证粉末冶金涡轮盘寿命的方法，其特征在于：所述步骤七，对比试验结果为：处理试验结果，得到预拉伸前后模拟件低循环疲劳对比试验结果，此结果即为涡轮盘超速预旋转工艺前后涡轮盘低循环疲劳性能提升效果。
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