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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
航空燃气轮机的发展对涡轮叶片材料提出了苛刻要求，目前以单晶合金DD6和以定向凝固合金DZ125为代表的镍基各向异性高温合金因其优越的高温抗疲劳性能和抗蠕变等性能，成为先进航空发动机涡轮叶片的核心材料。但单晶/定向凝固涡轮叶片在铸造过程极易出现杂晶和其他缺陷，铸件产品成品率低。与此同时，镍基单晶/定向凝固合金的晶粒结构特点带来的力学性能各向异性十分显著，这给涡轮叶片的疲劳强度评价带来了很大的挑战。为此，本文以定向凝固合金DZ125和单晶合金DD6为研究对象，主要从单晶/定向凝固涡轮叶片的铸造过程数值模拟，以及镍基各向异性合金的低循环疲劳行为及其寿命预测方法上进行研究。首先，以某型发动机一级涡轮叶片为研究对象，建立了单晶/定向凝固涡轮叶片的铸造有限元模型，将某型单晶叶片精密熔模铸造生产中的工艺参数引入计算模型，通过宏观模拟得到了叶片的流场、温度场和应力场，通过宏/微观结合的CAFE（CelluarAutomata - FiniteElement）方法得到了叶片的晶粒结构，提出了现有工艺条件下可能出现的缺陷和需要改进的方面。更为重要的是，根据叶片铸造厂实际工程需求，研究了铸造工艺参数对单晶叶片铸造过程的影响，对比了不同工艺条件下的铸造数值模拟结果，优化了单晶涡轮叶片精密铸造工艺参数。然后，以定向凝固高温合金DZ125为研究对象，深入开展了典型热端部件载荷下的低循环疲劳试验，主要研究了温度、应变比及保载时间对其高温低循环疲劳失效行为的影响，相比于传统的疲劳寿命数据试验条件，侧重增加典型航空发动机热端部件的载荷特点，如循环载荷保持时间、非对称循环等试验条件。试验内容包括850℃和980℃两个温度，对称循环（应变比R=-1）和非对称循环（应变比R=0）两种形式，以及应变控制和应力控制下不同保载时间的作用，对其进行了循环应力应变响应分析和低循环疲劳寿命分析，得出了相应结论。接着，对DZ125合金高温低循环疲劳的破坏机理进行了试验研究，借助扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜（OM）等先进试验观测手段，分析了定向凝固合金DZ125在不同温度、不同保载时间等复杂载荷环境下的损伤机理和失效模式。揭示出了DZ125合金的疲劳破坏机理，从损伤方式、疲劳断裂模式、以及疲劳裂纹萌生方式等方面给出了相应结论。最后，提出了基于机理的模型和唯象的模型两种思路来进行镍基各向异性合金的疲劳寿命建模。基于机理的模型借鉴了临界平面法的思想，基本思路是从镍基各向异性合金30个可能开动的滑移系中搜索对应的临界面，以此建立寿命模型；唯象的模型采用了循环损伤累积（CDA）模型，并进一步发展了CDA模型，着重考虑了镍基各向异性合金的方向性题目，将方向函数引入模型，并综合考虑了应力与应变水平、应变比以及保载等复杂载荷条件。应用两种模型对单晶合金DD6和定向凝固合金DZ125进行了低循环疲劳寿命分析，给出了模型的具体形式。经验证，模型更好地适应了单晶/定向凝固合金的各向异性与复杂的载荷条件，取得了较好的效果。 |
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发表于 2022-8-25 18:15:05
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