某涡轴发动机涡轮叶片尾缘孔的蠕变⁃疲劳寿命预测方法

钱正明; 李概奇; 米栋; 艾兴

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20210130

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某涡轴发动机涡轮叶片尾缘孔的蠕变⁃疲劳寿命预测方法

结构、强度、振动 | 更新时间：2025-04-07

- 某涡轴发动机涡轮叶片尾缘孔的蠕变⁃疲劳寿命预测方法
- Creep⁃fatigue life prediction method of tail edge holes in turbine blade for a turboshaft engine
- 航空动力学报 2021年36卷第11期页码：2372-2378
- 作者机构：
  
  中国航空发动机集团有限公司湖南动力机械研究所，湖南株洲 412002
- 作者简介：
  
  钱正明（1987-），男，高级工程师，硕士，主要从事航空发动机强度设计及多学科设计等方面的研究。
  李概奇（1966-），男，研究员，博士，主要从事航空发动机设计研究。E⁃mail：qsy160905@163.com
- 基金信息：
- DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20210130
  中图分类号：
- 稿件说明：
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钱正明, 李概奇, 米栋, 等. 某涡轴发动机涡轮叶片尾缘孔的蠕变⁃疲劳寿命预测方法[J]. 航空动力学报, 2021,36(11):2372-2378.

Zhengming QIAN, Gaiqi LI, Dong MI, et al. Creep⁃fatigue life prediction method of tail edge holes in turbine blade for a turboshaft engine[J]. Journal of Aerospace Power, 2021, 36(11): 2372-2378.
钱正明, 李概奇, 米栋, 等. 某涡轴发动机涡轮叶片尾缘孔的蠕变⁃疲劳寿命预测方法[J]. 航空动力学报, 2021,36(11):2372-2378. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210130.

Zhengming QIAN, Gaiqi LI, Dong MI, et al. Creep⁃fatigue life prediction method of tail edge holes in turbine blade for a turboshaft engine[J]. Journal of Aerospace Power, 2021, 36(11): 2372-2378. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210130.

摘要

针对某涡轴发动机的涡轮叶片，建立了考虑应力松弛的蠕变⁃疲劳寿命分析方法。通过在黏塑性理论框架内耦合蠕变损伤，对某高温合金的非线性蠕变变形进行了数值模拟。结果表明：基于对某涡轮叶片的弹塑性⁃蠕变分析研究，明确了叶片上前缘和尾缘等关键部位的蠕变损伤及其演化规律，也为确定叶片上的局部危险点提供了一种方法。该模型针对弹塑性应力应变曲线计算误差小于5%，而针对蠕变曲线的模拟精度则处于材料蠕变变形固有属性分散范围内。借助于线性损伤累积寿命理论，分析得到了某涡轮叶片尾缘孔局部考虑了应力松弛的蠕变⁃疲劳寿命，从而为叶片寿命评价提供了更为合理、工程化应用更好的方法。

Abstract

A creep⁃fatigue life analysis method considering stress relaxation was established for turbine blade in a turboshaft engine.The nonlinear creep deformation of a superalloy was predicted by coupling creep damage in the framework of viscoplastic theory.The results revealed that based on the elastic⁃plastic creep analysis of a turbine blade，the creep damage and its evolution law of the leading edge and trailing edge of the blade were clarified，and a method was provided for determining the local dangerous points on the blade.The calculation error of the model for the elastic⁃plastic stress⁃strain curve was less than 5%，while the simulation accuracy for the creep curve was within the dispersion range of the inherent properties of material creep deformation.With the help of the linear damage cumulative life theory，the creep⁃fatigue life of the trailing edge hole of a turbine blade considering the stress relaxation was obtained，providing a more reasonable and better engineering application method for the blade life evaluation.

关键词

Keywords

references

ZARETSKY E V , LITT J S , HENDRICKS R C , et al . Determination of turbine blade life from engine field data [J]. Journal of Propulsion and Power , 2012 , 28 （ 6 ）: 1156 ⁃ 1167 .

李娜 , 杨晓光 , 石多奇 , 等 . 服役工作条件对涡轮转子叶片蠕变寿命的影响 [J]. 航空动力学报 , 2015 , 30 （ 12 ）: 2870 ⁃ 2875 .

LI Na , YANG Xiaoguang , SHI Duoqi , et al . Effect of operating conditions on turbine rotor blade creep life [J]. Journal of Aerospace Power , 2015 , 30 （ 12 ）: 2870 ⁃ 2875 . （in Chinese）

赵云松 , 张迈 , 郭小童 , 等 . 航空发动机涡轮叶片超温服役损伤的研究进展 [J]. 材料工程 , 2020 , 48 （ 9 ）: 24 ⁃ 33 .

ZHAO Yunsong , ZHANG Mai , GUO Xiaotong , et al . Recent progress in service induced degradation of turbine blades of aeroengine due to overheating [J]. Journal of Materials Engineering , 2020 , 48 （ 9 ）: 24 ⁃ 33 . （in Chinese）

张冬旭 , 何金洋 , 温志勋 , 等 . 气膜孔倾角角度对单晶高温合金疲劳性能的影响 [J]. 推进技术 , 2021 , 42 （ 1 ）: 192 ⁃ 199 .

ZHANG Dongxu , HE Jinyang , WEN Zhixun , et al . Effects of slant angle of film hole on fatigue properties of single crystal superalloy [J]. Journal of Propulsion Technology , 2021 , 42 （ 1 ）: 192 ⁃ 199 . （in Chinese）

高靖云 , 张成成 , 侯乃先 , 等 . 考虑应力松弛的单晶涡轮叶片蠕变疲劳寿命预测 [J]. 航空动力学报 , 2016 , 31 （ 3 ）: 539 ‑ 547 .

GAO Jingyun , ZHANG Chengcheng , HOU Naixian , et al . Creep⁃fatigue life prediction of single crystal turbine blade with the influence of stress relaxation [J]. Journal of Aerospace Power , 2016 , 31 （ 3 ）: 539 ⁃ 547 . （in Chinese）

王荣桥 , 张斌 , 胡殿印 . Ni 3 Al基单晶高温合金蠕变本构模型 [J]. 航空动力学报 , 2018 , 33 （ 3 ）: 657 ⁃ 662 .

WANG Rongqiao , ZHANG Bin , HU Dianyin . Creep constitutive model of Ni 3 Al⁃based single crystal superalloy [J]. Journal of Aerospace Power , 2018 , 33 （ 3 ）: 657 ⁃ 662 . （in Chinese）

BARRETT P R , HASSAN T . A unified constitutive model in simulating creep strains in addition to fatigue responses of Haynes 230 [J]. International Journal of Solids and Structures , 2020 , 185 / 186 : 394 ⁃ 409 .

HU Xiaoan , ZHANG Qiang , YANG Xiaoguang , et al . Viscoplastic analysis method of an aeroengine turbine blade subjected to transient thermal mechanical loading [J]. International Journal of Mechanical Sciences , 2019 , 152 : 247 ⁃ 256 .

全昌彪 , 廖明夫 , 米栋 , 等 . 基于 <math id="M65"><mi>θ</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=22488700&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=22488696&type= 1.35466671 2.11666679 映射法的燃气涡轮叶片高温蠕变变形分析 [J]. 燃气涡轮试验与研究 , 2018 , 31 （ 6 ）: 25 ‑ 29 .

QUAN Changbiao , LIAO Mingfu , MI Dong , et al . High temperature creep deformation analysis of gas turbine blade based on <math id="M66"><mi>θ</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=22488700&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=22488696&type= 1.35466671 2.11666679 ⁃projection method [J]. Gas Turbine Experiment and Research , 2018 , 31 （ 6 ）: 25 ⁃ 29 . （in Chinese）

周柏卓 , 丛佩红 , 王维岩 , 等 . 考虑蠕变和应力松弛的发动机高温构件寿命分析方法 [J]. 航空动力学报 , 2003 , 18 （ 3 ）: 378 ⁃ 382 .

ZHOU Baizhuo CONG Peihong , WANG Weiyan , et al . Life prediction considering creep and stress relaxation for gas turbine engine hot section [J]. Journal of Aerospace Power , 2003 , 18 （ 3 ）: 378 ⁃ 382 . （in Chinese）

李本威 , 赵勇 , 蒋科艺 , 等 . 典型使用条件对发动机涡轮叶片蠕变寿命消耗的影响研究 [J]. 推进技术 , 2017 , 38 （ 5 ）: 1107 ⁃ 1114 .

LI Benwei , ZHAO Yong , JIANG Keyi , et al . Impact of typical operating conditions on creep life consumption for aero engine turbine blade [J]. Journal of Propulsion Technology , 2017 , 38 （ 5 ）: 1107 ⁃ 1114 . （in Chinese）

王亮 , 李彦 , 张丽 , 等 . DZ125定向凝固合金的薄壁持久蠕变性能与断裂行为 [J]. 失效分析与预防 , 2019 , 14 （ 2 ）: 101 ⁃ 105 .

WANG Liang , LI Yan , ZHANG Li , et al . Stress rupture and creep properties and fracture behavior of DZ125 directionally solidified superalloy [J]. Failure Analysis and Prevention , 2019 , 14 （ 2 ）: 101 ⁃ 105 . （in Chinese）

范永升 , 黄渭清 , 杨晓光 , 等 . 某型航空发动机涡轮叶片服役微观损伤研究 [J]. 机械工程学报 , 2019 , 55 （ 13 ）: 122 ⁃ 128 .

FAN Yongsheng , HUANG Weiqing , YANG Xiaoguang , et al . Microstructure damage analysis of service turbine blades for an aero⁃engine [J]. Journal of Mechanical Engineering , 2019 , 55 （ 13 ）: 122 ⁃ 128 . （in Chinese）

范永升 , 杨晓光 , 石多奇 , 等 . 涡轮叶片合金筏化量化表征及寿命退化研究 [J]. 航空发动机 , 2021 , 47 （ 1 ）: 53 ⁃ 57 .

FAN Yongsheng , YANG Xiaoguang , SHI Duoqi , et al . Quantitative characterization of rafting state and life degradation of superalloys for turbine blades [J]. Aeroengine , 2021 , 47 （ 1 ）: 53 ‑ 57 . （in Chinese）

皮骏 , 杨磊 , 高树伟 , 等 . 基于飞行数据的高压涡轮叶片蠕变寿命评估 [J]. 机械设计 , 2018 , 35 （ 12 ）: 72 ⁃ 76 .

PI Jun , YANG Lei , GAO Shuwei , et al . Estimation of the creep life of high⁃pressure turbine blades based on flight data [J]. Journal of Machine Design , 2018 , 35 （ 12 ）: 72 ⁃ 76 . （in Chinese）

HUO Junzhou , SUN Debin , WU Hanyang , et al . Multi⁃axis low⁃cycle creep/fatigue life prediction of high⁃pressure turbine blades based on a new critical plane damage parameter [J]. Engineering Failure Analysis , 2019 , 106 : 104159.1 ⁃ 104159.18 .

CHABOCHE J L . Constitutive equations for cyclic plasticity and cyclic viscoplasticity [J]. International Journal of Plasticity , 1989 , 5 （ 3 ）: 247 ⁃ 302 .

KACHANOV M . Elastic solids with many cracks and related problems [J]. Advances in Applied Mechanics , 1993 , 30 : 259 ‑ 445 .

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