本發(fā)明是一種針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪榫接結(jié)構(gòu)高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的預(yù)測(cè)方法，它是一種能夠高低周耦合作用、裂紋閉合效應(yīng)和小時(shí)間尺度的計(jì)算方法，屬于航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

渦輪盤(pán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)為數(shù)不多的關(guān)鍵件之一，渦輪盤(pán)普遍采用樅樹(shù)形榫槽結(jié)構(gòu)與葉片榫頭聯(lián)接。渦輪榫接同時(shí)承受葉片離心力、熱載荷等構(gòu)成的低周疲勞載荷和由氣動(dòng)載荷誘發(fā)葉片橫向振動(dòng)及自身振動(dòng)的小幅值、高頻率的高周疲勞載荷，即高低周復(fù)合疲勞載荷。由于結(jié)構(gòu)和受載的雙重復(fù)雜性，不僅多型在役航空發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期受到渦輪榫接裂紋故障困擾，某些新型發(fā)動(dòng)機(jī)也多次發(fā)生渦輪榫接裂紋故障，嚴(yán)重威脅飛機(jī)的飛行安全。為此，建立可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)渦輪盤(pán)榫槽高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的分析方法研究具有重要意義。

目前對(duì)于高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的預(yù)測(cè)方法主要利用傳統(tǒng)方法分別計(jì)算高周載荷和低周載荷下的應(yīng)力強(qiáng)度因子，基于線性累積損傷理論對(duì)裂紋擴(kuò)展進(jìn)行分析，這具有明顯的局限性：(1)沒(méi)有考慮高周載荷與低周載荷的耦合作用，難以保證預(yù)測(cè)精度；(2)傳統(tǒng)方法將高頻載荷處理成疊加在低周載荷上的等幅靜態(tài)載荷，未考慮結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性對(duì)高周應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響，未體現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性隨裂紋長(zhǎng)度的增加而發(fā)生的改變。

現(xiàn)有文獻(xiàn)Hu D,Yang Q,Liu H,et al.Crack closure effect and crack growth behavior in GH2036superalloy plates under combined high and low cycle fatigue[J].Int J Fatigue.2017,95：90-103從試驗(yàn)角度出發(fā)研究了GH2036材料高低周復(fù)合疲勞行為，并對(duì)其裂紋擴(kuò)展壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)，但其研究成果僅針對(duì)實(shí)驗(yàn)室情況下標(biāo)準(zhǔn)試件，未考慮渦輪榫接部件的結(jié)構(gòu)特征，未對(duì)渦輪榫接結(jié)構(gòu)進(jìn)行瞬態(tài)分析，也未考慮載荷歷程對(duì)高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的影響，其結(jié)果針對(duì)材料較為單一，缺乏一定的應(yīng)用性。此外，由于渦輪榫接結(jié)構(gòu)在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，會(huì)改變榫接的接觸狀態(tài)，造成應(yīng)力的重新分布，在計(jì)算渦輪榫接結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展壽命時(shí)，必須考慮這方面的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術(shù)解決方案：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種渦輪榫接結(jié)構(gòu)高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)方法，考慮裂了紋閉合效應(yīng)和結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性，保證了預(yù)測(cè)精度。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種渦輪榫接結(jié)構(gòu)高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)方法，概括起來(lái)，主要包括：考慮裂紋閉合效應(yīng)裂紋擴(kuò)展壽命模型的建立，高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命模型的建立。

實(shí)現(xiàn)步驟如下：

(1)根據(jù)不同應(yīng)力比下低周疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，計(jì)算渦輪盤(pán)榫接材料的張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op，有效應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK_eff，并確定殘余裂尖張開(kāi)位移δ_res與張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op的關(guān)系，并建立考慮裂紋閉合效應(yīng)的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命模型，為后續(xù)計(jì)算疲勞載荷下的裂紋擴(kuò)展增量提供基礎(chǔ)；

(2)對(duì)不同裂紋長(zhǎng)度下渦輪榫接結(jié)構(gòu)施加高低周復(fù)合疲勞載荷，然后進(jìn)行瞬態(tài)分析，根據(jù)分析結(jié)果擬合確定復(fù)合疲勞載荷作用下，高周載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子模型ΔK_CCF,max＝f(a)，和最大裂尖張開(kāi)位移Δδ_CCF,max與高周最大應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK_CCF,max關(guān)系模型；

(3)對(duì)不同裂紋長(zhǎng)度下渦輪榫接結(jié)構(gòu)施加低周疲勞載荷，然后進(jìn)行瞬態(tài)分析，根據(jù)分析結(jié)果，擬合確定低周載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子模型K_LCF,max＝f(a)，和最大裂尖張開(kāi)位移δ_LCF,max與低周最大應(yīng)力強(qiáng)度因子K_LCF,max模型；

(4)設(shè)定渦輪榫接結(jié)構(gòu)所受復(fù)合疲勞載荷的一個(gè)循環(huán)起始于卸載，終止于加載到最大載荷，在某一榫齒當(dāng)前循環(huán)裂紋長(zhǎng)度a_n下，判斷當(dāng)前復(fù)合疲勞載荷下是否為高周疲勞載荷，若是則執(zhí)行步驟(5)，否則執(zhí)行步驟(6)；

(5)由該榫齒裂紋長(zhǎng)度a_n和步驟(2)確定的高周載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子模型，計(jì)算當(dāng)前循環(huán)下的高周復(fù)合應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK_CCF,max，計(jì)算高低周復(fù)合載荷下的裂紋增量Δa_n，判斷下一循環(huán)狀態(tài)是否為低周疲勞載荷，若是低周疲勞載荷，由步驟(2)和(3)確定的最大裂尖張開(kāi)位移模型，計(jì)算當(dāng)前循環(huán)復(fù)合疲勞載荷下最大裂尖張開(kāi)位移δ_CCF,max，殘余裂尖張開(kāi)位移δ_CCF,res，張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op,CCF，執(zhí)行步驟(7)，否則執(zhí)行步驟(8)；

(6)由該榫齒裂紋長(zhǎng)度a_n和步驟(3)確定的低周應(yīng)力強(qiáng)度因子模型，計(jì)算低循環(huán)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_LCF及卸載過(guò)程中裂尖張開(kāi)位移的變化量Δδ；

(7)根據(jù)步驟(5)計(jì)算的復(fù)合疲勞載荷下最大裂尖張開(kāi)位移δ_CCF,max和步驟(6)計(jì)算的裂尖張開(kāi)位移變化量Δδ，計(jì)算低周載荷下殘余裂尖張開(kāi)位移δ_LCF,res＝δ_CCF,max-Δδ，根據(jù)步驟(1)建立的考慮裂紋閉合效應(yīng)的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命模型，計(jì)算低周載荷下的裂紋增量Δa_n；

(8)更新該榫齒裂紋長(zhǎng)度a_n+1＝a_n+Δa_n，判斷最大應(yīng)力強(qiáng)度因子是否小于斷裂韌度，若小于斷裂韌度，再次重復(fù)步驟(4)至(7)；反之若大于等于斷裂韌度，計(jì)算完成，得到最終裂紋長(zhǎng)度，根據(jù)初始和最終裂紋長(zhǎng)度即可得出高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展循環(huán)壽命N。

所述步驟(1)中，殘余裂尖張開(kāi)位移δ_res與張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op的關(guān)系為：

K_op＝(a₁×R+b₁)δ_res+c₁×R+d₁

其中，a₁、b₁、c₁、d₁分別為與材料和溫度有關(guān)的常數(shù)，可通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)值模擬結(jié)果數(shù)據(jù)擬合獲得；R為載荷的應(yīng)力比；

考慮裂紋閉合效應(yīng)的裂紋擴(kuò)展壽命模型為：

其中，da/dN為裂紋擴(kuò)展速率；C₀，n₀為與材料有關(guān)常數(shù)，可通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)值模擬結(jié)果擬合獲得；ΔK_eff為有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值，且ΔK_eff＝K_max-K_op，K_max為最大應(yīng)力強(qiáng)度因子。

所述步驟(2)中，高周載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK_CCF,max＝K_CCF,max-K_LCF,max，其中K_CCF,max為榫接結(jié)構(gòu)復(fù)合疲勞載荷最大應(yīng)力強(qiáng)度因子，

擬合得到的高周載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子模型ΔK_CCF,max＝f(a)形式如下：

△K_CCF,max＝a₂a²+b₂a+c₂

其中，a₂、b₂、c₂分別為與材料和溫度有關(guān)的常數(shù)，可通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)值模擬結(jié)果數(shù)據(jù)擬合獲得，a為裂紋長(zhǎng)度。

高周載荷下最大裂尖張開(kāi)位移Δδ_CCF,max與高周最大應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK_CCF,max的關(guān)系模型為：

其中，C₁，n₁為與材料有關(guān)常數(shù)，可通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果擬合獲得。

所述步驟(3)中，擬合得到的低周載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子模型K_LCF,max＝f(a)形式如下：

K_LCF,max＝a₃a²+b₃a+c₃

其中，a₃、b₃、c₃分別為與材料和溫度有關(guān)的常數(shù)，可通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)值模擬結(jié)果數(shù)據(jù)擬合獲得，a為裂紋長(zhǎng)度。

擬合得到的低周載荷下最大裂尖張開(kāi)位移δ_LCF,max與低周最大應(yīng)力強(qiáng)度因子K_LCF,max的關(guān)系模型為：

其中，C₂，n₂為與材料有關(guān)常數(shù)，可通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果擬合獲得。

所述步驟(5)中，計(jì)算高低周復(fù)合疲勞載荷下裂紋增量Δa_n時(shí)，采用以下方法：

其中，ΔK_CCF，max根據(jù)步驟(2)建立的高周應(yīng)力強(qiáng)度因子模型確定；C₀，n₀由步驟(1)確定；

計(jì)算當(dāng)前循環(huán)下復(fù)合疲勞載荷下最大裂尖張開(kāi)位移δ_{CCF，max}時(shí)，應(yīng)基于步驟(2)和步驟(3)確定的最大裂尖張開(kāi)位移模型進(jìn)行計(jì)算，

δ_CCF，max＝δ_{LCF，max}+△δ_CCF，max；

計(jì)算當(dāng)前循環(huán)下復(fù)合疲勞載荷下殘余裂尖張開(kāi)位移δ_{CCF，res}，采用以下方法：

其中，K_CCF，max，K_CCF，min為本循環(huán)最大和最小復(fù)合疲勞載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子；K_op,pre為上一循環(huán)張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子；C₁，n₁由步驟(2)確定；

計(jì)算當(dāng)前循環(huán)下復(fù)合疲勞載荷下張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op,CCF，應(yīng)基于步驟(1)建立的殘余裂尖張開(kāi)位移δ_res與張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op的關(guān)系：

K_op,CCF＝(a₁×R_CCF+b₁)δ_{res，CCF}+c₁×R_CCF+d₁

其中，R_CCF為復(fù)合疲勞載荷下應(yīng)力比，R_CCF＝K_CCF，min/K_CCF，max。

所述步驟(6)中，計(jì)算低周載荷卸載過(guò)程中裂尖張開(kāi)位移的變化量Δδ，采用以下方法：

其中，K_{CCF，max，pre}為上一循環(huán)最大復(fù)合疲勞載荷下應(yīng)力強(qiáng)度因子；K_{LCF，min}為當(dāng)前循環(huán)低周最小應(yīng)力強(qiáng)度因子；K_op,CCF,pre為上一循環(huán)復(fù)合疲勞載荷下張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子；C₁，n₁由步驟(2)確定。

所述步驟(7)中，

首先根據(jù)低周載荷下殘余裂尖張開(kāi)位移δ_LCF，res＝δ_CCF，max-Δδ，和步驟(1)建立的殘余裂尖張開(kāi)位移δ_res與張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op的關(guān)系，計(jì)算低周載荷下張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op,LCF：

K_op,LCF＝(a₁×R_LCF+b₁)δ_{LCF，res}+c₁×R_LCF+d₁

其中，R_LCF為低周載荷下應(yīng)力比，R_LCF＝K_LCF，min/K_LCF，max，

然后采用以下方法計(jì)算低周載荷下裂紋增量Δa_n：

其中，ΔK_eff＝K_{LCF，max}–K_op,LCF，K_LCF，max為低周最大應(yīng)力強(qiáng)度因子；C₀，n₀由步驟(1)確定。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)有益效果在于：

(1)從高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理出發(fā)：a.高周載荷的疊加，增加了裂紋擴(kuò)展損傷，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展加速；b.高周載荷的存在，殘余裂尖張開(kāi)位移增大，使裂紋閉合水平增加，對(duì)裂紋擴(kuò)展抑制。考慮了裂紋閉合效應(yīng)對(duì)裂紋擴(kuò)展速率的影響，只有當(dāng)復(fù)合疲勞載荷強(qiáng)度因子大于于張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)，裂紋才會(huì)擴(kuò)展，否則不擴(kuò)展；

(2)傳統(tǒng)復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展計(jì)算方法，將高周與低周割裂開(kāi)來(lái)，線性疊加求得復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展量，本發(fā)明引入了小時(shí)間尺度概念，對(duì)每個(gè)循環(huán)內(nèi)裂紋擴(kuò)展進(jìn)行分析計(jì)算，考慮了時(shí)間歷程對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響，計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確；

(3)基于瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析對(duì)高周載荷下榫接結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性進(jìn)行了分析，可準(zhǔn)確模擬高周載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子，從而提高裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè)的精度；

(4)現(xiàn)有文獻(xiàn)Hu D,Yang Q,Liu H,et al.Crack closure effect and crack growth behavior in GH2036superalloy plates under combined high and low cycle fatigue[J].Int J Fatigue.2017,95：90-103從試驗(yàn)角度出發(fā)研究了GH2036材料高低周復(fù)合疲勞行為，并對(duì)其裂紋擴(kuò)展壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)，但其研究成果僅針對(duì)實(shí)驗(yàn)室情況下標(biāo)準(zhǔn)試件，未考慮渦輪榫接部件的結(jié)構(gòu)特征，未對(duì)渦輪榫接結(jié)構(gòu)進(jìn)行瞬態(tài)分析，也未考慮載荷歷程對(duì)高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的影響，其結(jié)果針對(duì)材料較為單一，缺乏一定的應(yīng)用性。此外，由于渦輪榫接結(jié)構(gòu)在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，會(huì)改變榫接的接觸狀態(tài)，造成應(yīng)力的重新分布，在計(jì)算渦輪榫接結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展壽命時(shí)，必須考慮這方面的影響。本發(fā)明補(bǔ)充了該文獻(xiàn)的不足，發(fā)展了文獻(xiàn)提出的方法，首先針對(duì)渦輪榫接結(jié)構(gòu)材料開(kāi)展低周不同應(yīng)力比下裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，得到考慮裂紋閉合效應(yīng)的裂紋擴(kuò)展模型；在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同裂紋長(zhǎng)度下的渦輪榫接結(jié)構(gòu)進(jìn)行瞬態(tài)分析或靜力分析，確定榫接結(jié)構(gòu)接觸狀態(tài)對(duì)裂紋擴(kuò)展規(guī)律的影響，考慮載荷時(shí)間歷程的影響，計(jì)算渦輪榫接結(jié)構(gòu)高低周裂紋擴(kuò)展壽命。本發(fā)明將文獻(xiàn)方法發(fā)展成一種可應(yīng)用于渦輪榫接結(jié)構(gòu)，且適用于多種材料的復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)方法。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的渦輪榫接結(jié)構(gòu)高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)方法流程圖；

圖2為本發(fā)明的渦輪榫接結(jié)構(gòu)有限元模型示意圖；

圖3為本發(fā)明的渦輪榫接結(jié)構(gòu)高低周復(fù)合疲勞載荷示意圖；

圖4某渦輪榫接結(jié)構(gòu)高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明渦輪葉盤(pán)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)方法的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明從高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理出發(fā)，即高周載荷的疊加，雖然增加了裂紋擴(kuò)展損傷，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展加速，但同時(shí)使殘余裂尖張開(kāi)位移增大，使裂紋閉合水平增加，對(duì)裂紋擴(kuò)展抑制，復(fù)合疲勞載荷下渦輪榫接結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展受這兩方面移速的相互制約?？紤]渦輪榫接結(jié)構(gòu)高周載荷和低周載荷的耦合作用，引入小時(shí)間尺度概念，即分別計(jì)算每一個(gè)循環(huán)內(nèi)裂尖張開(kāi)位移、應(yīng)力強(qiáng)度因子和裂紋增量，考慮裂紋閉合效應(yīng)和結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性，提出一種裂紋閉合模型與瞬態(tài)分析相結(jié)合的高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展分析方法，同時(shí)保證了預(yù)測(cè)精度。

如圖1所示，本發(fā)明渦輪榫接結(jié)構(gòu)高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)方法具體如下：

(1)開(kāi)展渦輪榫接材料帶缺口平板試件低周裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op、有效應(yīng)力強(qiáng)度因子K_eff，確定殘余裂尖張開(kāi)位移δ_res與張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op的關(guān)系：

K_op＝(a₁×R+b₁)δ_res+c₁×R+d₁

其中，a₁、b₁、c₁、d₁分別為與材料和溫度有關(guān)的常數(shù)，可通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)值模擬結(jié)果數(shù)據(jù)擬合獲得；R為載荷的應(yīng)力比；

并建立考慮裂紋閉合效應(yīng)的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命模型：

其中，C₀，n₀為與材料有關(guān)常數(shù)，可通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)值模擬結(jié)果擬合獲得；ΔK_eff為有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值，且ΔK_eff＝K_max-K_op，K_max為最大應(yīng)力強(qiáng)度因子。為后續(xù)計(jì)算疲勞載荷下的裂紋擴(kuò)展增量提供基礎(chǔ)；

(2)如圖2所示，為帶裂紋渦輪榫接結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值模型示意圖，對(duì)不同裂紋長(zhǎng)度下渦輪榫接結(jié)構(gòu)施加高低周復(fù)合疲勞載荷，然后進(jìn)行瞬態(tài)分析，根據(jù)分析結(jié)果擬合確定復(fù)合疲勞載荷作用下，高周載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子模型：

△K_CCF，max＝a₂a²+b₂a+c₂

其中，a₂、b₂、c₂分別為與材料和溫度有關(guān)的常數(shù)，可通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)值模擬結(jié)果數(shù)據(jù)擬合獲得，a為裂紋長(zhǎng)度。

最大裂尖張開(kāi)位移Δδ_{CCF，max}與高周最大應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK_CCF，max關(guān)系模型：

其中，C₁，n₁為與材料有關(guān)常數(shù)，可通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果擬合獲得。

(3)如圖2所示，為帶裂紋渦輪榫接結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值模型示意圖，對(duì)不同裂紋長(zhǎng)度下渦輪榫接結(jié)構(gòu)施加低周疲勞載荷，然后進(jìn)行瞬態(tài)分析，根據(jù)分析結(jié)果，擬合確定低周載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子模型：

K_LCF，max＝a₃a²+b₃a+c₃

其中，a₃、b₃、c₃分別為與材料和溫度有關(guān)的常數(shù)，可通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)值模擬結(jié)果數(shù)據(jù)擬合獲得，a為裂紋長(zhǎng)度。

最大裂尖張開(kāi)位移δ_LCF，max與低周最大應(yīng)力強(qiáng)度因子K_LCF，max模型：

其中，C₂，n₂為與材料有關(guān)常數(shù)，可通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果擬合獲得。

(4)如圖3所示，為本發(fā)明的渦輪榫接結(jié)構(gòu)高低周復(fù)合疲勞載荷示意圖，假設(shè)一個(gè)循環(huán)起始于卸載，終止于加載到最大載荷，在某一榫齒當(dāng)前循環(huán)裂紋長(zhǎng)度下a_n，判斷當(dāng)前復(fù)合疲勞載荷下是否為高周疲勞載荷，若是則執(zhí)行步驟(3)，否則執(zhí)行步驟(4)；

(5)由該榫齒裂紋長(zhǎng)度a_n和步驟(2)確定的高周載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子模型，計(jì)算當(dāng)前循環(huán)下的高周復(fù)合應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK_{CCF，max}，計(jì)算高低周復(fù)合載荷下的裂紋增量Δa_n：

其中，ΔK_{CCF，max}根據(jù)步驟(2)建立的高周應(yīng)力強(qiáng)度因子模型確定，C₀，n₀由步驟(1)確定；

判斷下一循環(huán)狀態(tài)是否為低周疲勞載荷，若是低周疲勞載荷，計(jì)算當(dāng)前循環(huán)復(fù)合疲勞載荷下最大裂尖張開(kāi)位移δ_CCF，max，應(yīng)基于步驟(2)和步驟(3)確定的最大裂尖張開(kāi)位移模型進(jìn)行計(jì)算：

δ_CCF，max＝δ_LCF，max+△δ_CCF，max；

計(jì)算殘余裂尖張開(kāi)位移δ_{CCF，res}：

其中，K_CCF，max，K_{CCF，min}為本循環(huán)最大和最小復(fù)合疲勞載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子；K_op,pre為上一循環(huán)張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子；C₁，n₁由步驟(2)確定；

計(jì)算張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op,CCF：

K_op,CCF＝(a₁×R_CCF+b₁)δ_res，CCF+c₁×R_CCF+d₁

其中R_CCF為復(fù)合疲勞載荷下應(yīng)力比，R_CCF＝K_CCF，min/K_CCF，max。

然后執(zhí)行步驟(7)；

否則，下一循環(huán)狀態(tài)不是低周疲勞載荷，執(zhí)行步驟(8)；

(6)由該榫齒裂紋長(zhǎng)度a_n和步驟(3)確定的低周應(yīng)力強(qiáng)度因子模型，計(jì)算低循環(huán)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_LCF及卸載過(guò)程中裂尖張開(kāi)位移的變化量Δδ：

其中，K_{CCF，max，pre}為上一循環(huán)最大復(fù)合疲勞載荷下應(yīng)力強(qiáng)度因子；K_LCF，min為當(dāng)前循環(huán)下低周最小應(yīng)力強(qiáng)度因子K_LCF，min；K_op,CCF,pre為上一循環(huán)復(fù)合疲勞載荷下張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子；C₁，n₁由步驟(2)確定。

(7)根據(jù)步驟(5)計(jì)算的復(fù)合疲勞載荷下最大裂尖張開(kāi)位移δ_CCF，max和步驟(6)計(jì)算的裂尖張開(kāi)位移變化量Δδ，計(jì)算低周載荷下殘余裂尖張開(kāi)位移：

δ_LCF，res＝δ_CCF，max-Δδ

將該值帶入步驟(1)建立的殘余裂尖張開(kāi)位移δ_res與張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op的關(guān)系，計(jì)算低周載荷下張開(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子K_op,LCF：

K_op,LCF＝(a₁×R_LCF+b₁)δ_{LCF，res}+c₁×R_LCF+d₁

其中，R_LCF為低周載荷下應(yīng)力比，R_LCF＝K_LCF，min/K_LCF，max。

然后計(jì)算低周載荷下裂紋增量Δa_n：

其中，ΔK_eff＝K_{LCF，max}–K_op,LCF，K_LCF，max為低周最大應(yīng)力強(qiáng)度因子，C₀，n₀由步驟(1)確定；

(8)更新該榫齒裂紋長(zhǎng)度a_n+1＝a_n+Δa_n，判斷最大應(yīng)力強(qiáng)度因子是否小于斷裂韌度，若小于斷裂韌度，再次重復(fù)步驟(4)至(7)；反之若大于等于斷裂韌度，計(jì)算完成，得到最終裂紋長(zhǎng)度，根據(jù)初始和最終裂紋長(zhǎng)度即可得出高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展循環(huán)壽命N。

根據(jù)本發(fā)明所述的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了某渦輪榫接結(jié)構(gòu)高低周復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4所示，其中橫坐標(biāo)代表通過(guò)試驗(yàn)方法獲得的渦輪榫接結(jié)構(gòu)裂紋擴(kuò)展壽命，縱坐標(biāo)代表通過(guò)本發(fā)明獲得的渦輪榫接結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)壽命。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明建立的預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)精度在2.2倍分散帶內(nèi)。本發(fā)明首先針對(duì)不同裂紋長(zhǎng)度渦輪榫接結(jié)構(gòu)進(jìn)行瞬態(tài)分析，然后考慮裂紋閉合效應(yīng)和載荷歷程影響，發(fā)展了一種可應(yīng)用于渦輪榫接結(jié)構(gòu)，且適用于多種材料的復(fù)合疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)方法，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

提供以上實(shí)施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。