凹坑型外物损伤对tc4高循环疲劳性能的影响及预测方法研究

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1、中图分类号：V231.95论文编号：102870218-SZ006学科分类号：085206硕士学位论文凹坑型外物损伤对TC4高循环疲劳性能的影响及预测方法研究研究生姓名窦英睿专业类别工程硕士专业领域动力工程指导教师宋迎东教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchontheEffectofDent-TypeFODonHighCycleFatigueStrengthofTC4andPredictionMethod

2、AThesisinPowerEngineeringbyDouYingruiAdvisedbyProfessorSongYingdongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或

3、部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2018年3月26日南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要外物损伤（ForeignObjectDamage，FOD）是航空发动机使用中风扇/压气机叶片的一种常见故障或问题，可能导致叶片发生疲劳断裂，因此需要针对FOD制定较为完善的叶片设计标准和维修规范。本文针对FOD损伤中一类常见的凹坑型FOD损伤，研究了其对TC4钛合金叶片高循环疲劳（HighCycleFatigue，HCF）性能的影响规律，发展了凹坑型损伤叶片的HCF强度预测方法，主要研究工作

4、和结论如下：（1）分析了试验模拟凹坑型损伤的宏观特征，建立了损伤的简化几何模型，分析了宏观特征及应力集中系数对TC4钛合金试验件HCF强度的影响程度，并观察了凹坑型损伤试验件疲劳断口的微观特征。研究结果表明：实验室模拟凹坑型损伤的宏观几何尺寸及应力集中系数无法准确衡量损伤对TC4钛合金叶片HCF性能的影响程度。（2）基于Bammann模型对凹坑型FOD损伤的形成过程进行了有限元数值模拟，对数值模拟获得的凹坑损伤宏观几何特征与几何尺寸与实验室模拟结果进行了对比，对不同冲击条件下凹坑型损伤周围的残余应力分布进行了分析。结果表明：Bammann模型能够较为准确地模拟凹坑型损伤的宏观几何特征，不同冲击

5、条件下凹坑型损伤周围的残余应力分布存在较大差异。（3）基于临界距离理论预测了模拟凹坑型损伤叶片的HCF强度，并结合残余应力数值模拟结果获得了考虑残余应力影响的损伤试件HCF强度预测结果，并与传统疲劳强度经验公式的预测结果进行了对比。研究结果表明：相对于传统经验公式，临界距离理论能够更为精确的预测凹坑型损伤叶片的HCF强度。在HCF强度预测中考虑冲击残余应力的影响，能够进一步改进预测结果。关键词：外物损伤，凹坑，TC4钛合金，高循环疲劳，临界距离理论，残余应力，数值模拟I凹坑型外物损伤对TC4高循环疲劳性能的影响及预测方法研究ABSTRACTForeignObjectDamage(FOD)isa

6、commonfailureorproblemoffan/compressorbladesusedinaero-engineapplications,whichmayresultinfatiguefractureoftheblade.Therefore,morecompletebladedesignstandardsandservicespecificationsforFODarerequired.Inthispaper,aseriesofcommondent-typeFODdamageinFODdamagewasstudied.Theeffectonhighcyclefatigue(HCF)o

7、ftheTC4titaniumalloybladewasstudied.HCFpredictionmethodofdent-typedamagebladehasbeendevelopedThemainresearchworkandconclusionsareasfollows:(1)Themacroscopicfeaturesofthedent-typedamagewereanalyzedanda