题目：粉末高温合金的蠕变及疲劳裂纹扩展行为及机理研究

        随着现代航空航天技术的发展，不断提高的工作温度对高温下服役的发动机承力部件的性能提出了更高的要求。在应力水平和工作温度提高的同时，更轻便的结构形式、更长的服役寿命和更高的安全可靠性是先进航空发动机设计不断更新发展的目标。先进材料的研制和加工工艺的进步是实现这些设计目标的基础，而清楚地认识这些材料和结构在复杂服役环境下的疲劳和损伤容限行为是新材料和结构在先进发动机中安全应用的保障。以断裂力学为基础，对材料或结构进行单一或耦合环境下的裂纹扩展分析，给出含裂纹体的裂纹扩展寿命，是损伤容限分析的主体部分，也为剩余强度分析提供必要依据。

        本文针对国产航空发动机涡轮盘用粉末高温合金FGH97，在高温蠕变/疲劳裂纹扩展方面开展了理论与试验研究，提出了一种确定蠕变裂纹扩展门槛值的新试验方法，揭示了温度、保载时间与应力水平对蠕变-疲劳交互裂纹扩展行为的影响机制，建立了能描述一定温度范围内材料高温蠕变-疲劳交互裂纹扩展速率的模型。论文在以下几方面开展了研究工作，取得了具有工程应用价值的创新性研究成果。

        1) 提出了利用位移加载预应力试验方法来测试蠕变裂纹扩展速率曲线，进而确定蠕变裂纹扩展门槛值的新方法。针对位移加载的情况，基于数值计算的结果推导了利用加载线位移计算标准紧凑拉伸(C(T))试件裂纹尖端应力强度因子的计算公式；利用新方法开展了不同温度的蠕变裂纹扩展试验，并利用传统力加载的试验方法从试验结果、裂纹扩展行为和机理上对新方法进行了验证。结果表明，新方法试验结果可靠，且能够大幅度减少试验时间并降低成本。

        2) 开展了650～800°C之间无保载时间和650～750°C之间90s保载时间的疲劳裂纹扩展试验，对裂纹扩展速率曲线和微观机理进行了分析。通过研究并简化三项裂纹扩展模型中参数与温度的关系，建立了包含温度和保载时间的蠕变-疲劳交互裂纹扩展速率描述模型。试验结果表明，所建立的模型能较好地描述和预测考察温度范围内的裂纹扩展速率。

        3) 讨论了单纯疲劳载荷、单纯蠕变效应以及蠕变-疲劳交互作用在不同工况下对裂纹扩展速率的贡献，发展了应力水平与温度、保载时间耦合的裂纹扩展主导机制及其转变的判据；进一步，确定了静载及疲劳载荷下忽略蠕变效应的临界温度。

        4) 对高温疲劳以及蠕变-疲劳试件断口宏观形貌特征进行了研究，不同温度下的三维裂纹前沿的前缘角随温度和应力强度因子水平的变化反映了裂纹扩展行为的温度效应，讨论了三维应力约束参数对裂纹前沿三维形态的影响，发现无保载时间下环境对疲劳裂纹扩展产生影响的临界温度与静载及有保载时间下的基本一致。

        综合来看，本文丰富了现有的蠕变裂纹扩展试验方法，发展了温度/载荷共同工作下的裂纹扩展速率描述方法及蠕变-疲劳交互裂纹扩展机制判定判据。论文进行了大量、系统的试验，在结果和方法上对高温结构损伤容限分析技术发展有一定的推动作用。