摘要: 广泛应用于航空航天领域和核工业领域的机械部件，如服役中的高压涡轮盘、压力容器、以及机车的零构件等通常会承受由于温度变化引起的热载荷和多轴机械载荷的同时作用。这种复杂的多轴热机械载荷会很大程度地缩短工程结构件的疲劳寿命，同时会造成关... 展开 广泛应用于航空航天领域和核工业领域的机械部件，如服役中的高压涡轮盘、压力容器、以及机车的零构件等通常会承受由于温度变化引起的热载荷和多轴机械载荷的同时作用。这种复杂的多轴热机械载荷会很大程度地缩短工程结构件的疲劳寿命，同时会造成关键零部件的故障，降低其可靠性。因此，深入研究多轴热机械疲劳损伤机理、蠕变-疲劳损伤的累积形式和多轴热机械载荷下疲劳寿命预测方法可以有效提高工程部件疲劳寿命预测精度，对保证设备的安全可靠运行，有效预防事故的发生，具有重要的理论和实际工程意义。 首先，利用MTS809轴/扭电液伺服疲劳试验机对航空发动机涡轮盘材料GH4169镍基高温合金制成的薄壁管试件进行多轴热机械疲劳试验。通过调整机械相位角、热相位角的不同，设计了四种典型的多轴恒幅热机械疲劳试验，此外还设计了7组随机变幅热机械疲劳试验。通过对各种恒幅载荷条件下寿命比较、滞后环形状等试验结果分析，研究材料损伤机制。同时，利用FEI-Quanta200扫描电镜对疲劳试样进行微观断口观察，分析比较不同机械相位角和不同热相位角条件下断口特征，进而查明了GH4169在多轴热机加载下纯机械疲劳损伤和蠕变损伤的主次形式与热相位角的关系。 在试验结果分析的基础上，提出了一种多轴热机械随机载荷下的蠕变疲劳损伤累积模型，其中机械载荷和高温作用造成的损伤被分为纯机械疲劳损伤和由蠕变引起的等效疲劳损伤。在损伤累积过程中，等效疲劳损伤增量的基本百分比与蠕变损伤增量的基本百分比成正比，蠕变损伤被转化为等效疲劳损伤。 结合多轴循环计数法，发展了一种基于蠕变疲劳损伤累积模型的寿命预测方法。该方法考虑了非比例硬化对疲劳和蠕变损伤的影响，同时也考虑了平均应力对损伤的影响，且不包含任何经验系数。 最后，采用17组多轴恒幅和7组随机变幅载荷下的热机械疲劳试验数据对发展的基于蠕变-疲劳损伤累积模型的寿命预测方法进行验证。结果表明，该方法对多轴恒幅热机械和随机变幅热机械疲劳载荷都能获得满意的寿命预测结果。 收起