Ti2AlNb材料高温低周疲劳力学行为与预测方法研究

摘要

Ti2AlNb合金是一种密度低、比强度高、比刚度高、具有优良高温性能的新型航空航天高温合金材料，是近年来最具发展潜力的高温轻合金。目前Ti2AlNb合金已经逐渐被应用于发动机高温部件中，而高温疲劳是高温部件的主要失效形式之一，针对这种情况本文开展对Ti2AlNb合金高温低周疲劳力学行为及寿命预测方法的相关研究，具体研究内容和研究结果包括：
　　1．对Ti2AlNb合金开展500oC～700oC范围内的高温单轴拉伸试验以及高温低周疲劳试验，获得了合金的应力－应变数据。通过对试验结果的处理分析，发现合金是一个循环硬化且具有Masing特性的材料。
　　2．基于试验数据和Chaboche粘塑性统一本构模型，引入温度变量对模型进行修正，建立了描述合金在高温低循环疲劳变形过程中应力－应变关系的本构模型。研究结果表明：本文所建立的粘塑性统一本构模型能够较好地描述Ti2 AlNb合金在单轴高温拉伸以及高温低周疲劳载荷下的变形行为。
　　3．分别采用Manson－Coffin方程、Walker应变模型和能量法预测了Ti2AlNb合金在高温环境下的疲劳寿命，分析比较了上述预测方法的适用性；基于能量耗散理论对能量法寿命预测模型进行了改进，通过与几种模型的比较，本文所改进的能量法预测较为准确，适用性更好。
　　4．对某型号发动机压气机叶片进行了静强度分析和计算，并采用本文所提出的寿命预测模型进行了某工作载荷谱下的寿命预测。计算结果表明，使用Ti2AlNb合金的叶片与原材料叶片相比，拥有更高的比强度和安全系数，具有良好的工程应用价值。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景、目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 目前存在的问题

1.4 本文研究的主要内容

第二章 Ti2AlNb合金高温静拉伸及低周疲劳试验

2.1 引言

2.2 Ti2AlNb合金高温拉伸及低周疲劳试验

2.3 单轴拉伸试验结果及分析

2.4 高温低周疲劳试验结果及分析

2.5 本章小结

第三章 Ti2AlNb合金的高温本构模型研究

3.1 引言

3.2 改进的Chaboche本构模型建立

3.3 改进的Chaboche本构模型算例验证

3.4 本章小结

第四章 Ti2AlNb合金的疲劳寿命预测模型研究

4.1 引言

4.2 疲劳寿命预测模型分析

4.3 几种寿命预测方法的对比

4.4 本章小结

第五章 压气机叶片疲劳寿命预测

5.1 引言

5.2 叶片的静力分析

5.3 疲劳寿命预测

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在攻读硕士学位期间发表的主要论文

附录 1