题目：涡轮盘损伤容限分析方法研究

涡轮盘是航空发动机关键构件之一，工作中承受着复杂的热负荷和机械负荷。设计准则中要求涡轮盘具有足够的低循环疲劳寿命，存在初始裂纹后应有足够的裂纹扩展寿命。缺陷的存在破坏了轮盘结构的完整性，极易成为裂纹源，导致涡轮盘的失效。随着长寿命使用条件及经济性要求越来越高，涡轮盘的损伤容限分析日益得到重视。为探索涡轮盘的损伤容限分析方法，本文选取了粉末高温合金涡轮盘和变形高温合金涡轮盘作为研究对象，针对不同的裂纹形式分别开展了裂纹扩展分析，并给出了涡轮盘的剩余寿命。由于粉末高温合金已经为高推重比发动机涡轮盘的主要材料，粉末高温合金涡轮盘是本文的研究重点。由于缺乏相应的试验数据支持，在利用有限元分析的同时，采用边界元程序FRANC3D对两种盘进行了裂纹扩展分析，作为对有限元模拟结果的补充和比较。论文主要研究内容如下：(1)对粉末冶金材料标准紧凑拉伸试样的试验数据进行了处理分析，得到了寿命预测所需的Paris参数；用有限元程序建立了裂纹扩展模型，对裂纹扩展试验的结果进行了数值模拟，考核了模型的准确性。(2)基于裂纹在扩展过程中形状保持不变的假设，利用有限元程序计算了不同裂纹大小的裂纹尖端的应力强度因子，来考查粉末冶金涡轮盘中半圆形表面裂纹的扩展性能，同时利用边界元程序采用平面假设和最大周向应力准则来模拟相同裂纹的扩展特性。对比发现两种模拟方法预测的涡轮盘剩余寿命接近，可以得出在有限元模拟过程中采用的假设具有一定的合理性。(3)利用有限元程序，采用多自由度方法模拟了有限厚度板中表面裂纹的扩展情况，探讨了二自由度方法在涡轮盘孔边角裂纹扩展分析中的应用，该方法摆脱了裂纹扩展过程中形状不变的假设，更关注扩展过程的细节，能更真实地反映实际情况。同时，利用边界元程序的结果进行了比较分析。