[发明专利]一种涡轮盘榫槽裂纹扩展模拟件设计方法

摘要

本发明涉及一种涡轮盘榫槽裂纹扩展模拟件设计方法，步骤为：(1)获取涡轮盘的几何模型，测量榫槽的几何尺寸；(2)获取榫槽的工况条件以及工况条件下的材料性能参数；(3)根据几何尺寸和载荷条件建立榫槽的有限元分析模型，计算获得周向应力最大点，获取周向应力值、应力梯度以及应变；(4)以带缺口的方形平板试件为基本形状，以单轴拉伸加载为载荷形式，设计榫槽裂纹扩展特征模拟件，通过调整方形试件宽度、调整缺口的大小等方法，使缺口处沿拉伸方向的最大应力等于实际榫槽的最大周向应力，并保证应力梯度、等效应变相同；(5)调整试件厚度计算模拟件的应力强度因子，确定试件的厚度，完成设计工作。

主权项

1.一种涡轮盘榫槽裂纹扩展模拟件设计方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)获取涡轮盘榫槽的几何模型，测量榫槽结构的几何尺寸，榫槽结构的几何尺寸主要包括榫头轴向长度、拉削角、楔形角、榫头最小颈宽、伸根颈宽轴向宽度、榫槽的周向宽度随径向位置的变化、弧线长度，所述几何模型指借助计算机辅助设计软件，按照实际工程需求设计完成的离心叶轮三维几何模型；(2)获取涡轮盘榫槽结构的工况条件以及工况条件下的材料性能参数；所述工况条件包括涡轮盘的工作转速，涡轮盘的温度场；所述材料性能参数包括涡轮盘榫槽材料的密度；在工作温度下的弹性模量、泊松比、塑性本构参数、膨胀系数和断裂韧度值；(3)依据第一步的几何模型和第二步的工况、材料数据，建立涡轮盘榫槽有限元静力分析模型，计算获得涡轮盘榫槽在工作状态下的危险点的应力数据、应变数据；(4)基于第三步得到的涡轮盘榫槽结构在工况条件下的应力应变数据，以带缺口的方形试件为基本形状，以单轴拉伸加载为基本载荷形式，设计涡轮盘榫槽结构裂纹扩展模拟件，并建立模拟件的有限元静力分析模型，对所述模型进行有限元静力分析；通过调整方形尺寸使模拟件应力集中处即缺口处应力应变与实际涡轮盘榫槽危险点相同；(5)计算模拟件的应力强度因子表达式，改变所述模拟件的厚度，进而改变应力强度因子，确定所述模拟件的厚度；至此，完成所述涡轮盘榫槽裂纹扩展模拟件的设计工作。