基于缺陷分布形式的粉末冶金涡轮盘可靠度计算模型.docx

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第44卷第11期2008年11月

机械工程学报

CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING

Vol.44Nov.

No.112.008

DOI:10.3901/JME.2008.11.132

基于缺陷分布形式的粉末冶金涡轮盘可靠度计算模型

魏大盛杨晓光王延荣

(北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100083)

摘要：为研究微缺陷对粉末冶金涡轮盘可靠性的影响，在有限元分析结果的基础上，基于国内粉末盘中缺陷分布的概率特点，建立针对低循环疲劳裂纹萌生和裂纹扩展失效模式的可靠度计算模型。该模型可计算不同缺陷分布形式、不同循环载荷条件下的轮盘可靠度。对某型粉末盘失效概率的分析表明：表面质量是导致粉末盘失效的重要因素，这同大量试验研究结果相一致，对粉末盘的设计和使用具有工程指导意义。

关键词：粉末冶金涡轮盘缺陷临界尺寸可靠性中图分类号：V232.3

ModelforCalculatingtheReliabilityofPowderMetallurgyTurbineDiskBasedonDistributionofDefects

WEIDashengYANGXiaoguangWANGYanrong

(SchoolofJetPropulsion,BeihangUniversity,Beijing100083)

Abstract:Inordertoresearchtheeffectofmicrodefectsontheperformanceofpowdermetallurgy(PM)turbinedisk,areliabilitycalculationmodelbasedontheprobabilisticcharacterofdistributionofdefectsisestablishedbyusingtheresultsoffiniteelementanalysis,whichisaimedatthefailuremodeofcrackinitiationandpropagationunderlowcyclefatigue.ThemodelcanbeusedtocalculatethereliabilityofPMturbinediskunderdifferentdistributionofdefectsanddifferentcyclicloadingconditions.ThenfailureanalysisofaPMturbinediskindicatesthatthesurfacequalityisanimportantfactorleadingtofailureofPMturbinedisk,andthatisingoodagreementwithagreatdealofexperimentalresults.SothemodelcanbeusedtoguidetheengineeringdesignandapplicationofPMturbinedisk.

Keywords:PowdermetallurgyturbinediskDefectsCriticalsizeReliability

0前言

涡轮盘是发动机关键部件之一，其工作条件较为恶劣，承受着热负荷、机械负荷的作用。随着对发动机性能要求的逐步提高，如推重比、转速、涡轮前温度等，对涡轮盘材料的力学性能，尤其是高温力学性能的要求也越来越高。粉末高温合金是随着航空发动机向着大功率、高推重比方向发展而产生的一种新型耐高温的涡轮盘材料，目前广泛应用于先进军用、民用发动机中1]。粉末高温合金具有传统高温合金无法比拟的性能，例如晶粒组织均匀到初稿到修改稿

性好、可以得到各种形状复杂的零件并在不同位置按需配置合金成分、避免了传统高温合金铸锻过程中产生的偏析、可以进行超塑成型等。但另一方面，粉末高温合金强度高、韧性低，对缺陷十分敏感，而粉末冶金工艺的特殊性又容易导致在最后成型的构件中包含各类夹杂、气孔等缺陷，这些微缺陷在目前工艺条件下还不能完全消除。对于低循环疲劳裂纹的萌生和扩展而言，微缺陷的存在导致裂纹更易萌生，裂