● 摘要
重型燃气轮机一级透平动叶工作在高温、高压、较高转速的苛刻环境中，承受着复杂的气动载荷、机械载荷和热载荷的共同作用。其可靠工作的主要限制条件是透平叶片结构在高温下的持久工作能力。因此，准确地进行透平叶片材料蠕变行为本构建模，是评估和预测透平叶片蠕变变形与持久断裂寿命的重要基础，对重型燃气轮机的安全评定具有重要的工程意义。本论文研究对象是哈尔滨汽轮机厂有限责任公司正处于研制阶段的某型重型燃气轮机一级透平动叶。针对叶片处于高温燃气环境下及所采用的镍基定向凝固高温合金DZ125的蠕变特性，本文采用θ映射模型来表征DZ125在1023K、1123K及1223K三种温度条件/不同应力水平的下的蠕变行为，蠕变模型参数通过试验曲线获取。本文将单轴的θ映射模型方程拓展成多轴形式，编写成ABAQUS有限元软件的UMAT用户子程序，对DZ125的蠕变行为进行了有限元模拟，计算结果验证了θ映射模型能够有效地描述DZ125材料的蠕变行为。利用所编制的UMAT用户子程序和获得的材料蠕变参数，采用ABAQUS有限元软件的STANDARD求解器对透平叶片在三种典型工况下的蠕变行为进行了计算和分析，得到了叶片危险部位的应力、应变及位移随时间的变化关系，同时采用Larson-Miller参数法、θ预测法及寿命-时间分数法对涡轮叶片的蠕变寿命给予了评估，结果表明叶片在稳态温度场下其蠕变寿命为8.45年，而瞬态温度场下其蠕变寿命为5.1年。计算分析结论对叶片的研制有一定的工程参考价值。