基于损伤力学和XFEM的舰船蒸汽轮机叶片裂纹扩展研究

作     者：李亚政 王峥 孙亚非 张广辉 黄洪雁 刘占生 LI Ya-zheng;WANG Zheng;SUN Ya-fei;ZHANG Guang-hui;HUANG Hong-yan;LIU Zhan-sheng

作者机构：哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001 上海空间推进研究所上海200433 

出 版 物：《船舶力学》 (Journal of Ship Mechanics)

年 卷 期：2018年第22卷第4期

页      面：490-498页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0707[理学-海洋科学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080102[工学-固体力学] 

主　　题：疲劳寿命 损伤力学 XFEM 裂纹扩展 

摘      要：叶片作为舰船汽轮机的核心零部件,其在复杂工况下的低周疲劳寿命一直是备受关注的问题。传统的寿命预测方法大多是基于经验公式进行求解,没有考虑损伤累积对材料固有属性的影响,也没有对裂纹萌生和扩展过程进行全面的分析。文章以损伤力学的基本理论为基础,考虑叶片实际非对称循环的工作状态,引入平均应力的概念,推导叶片低周疲劳寿命的计算公式以及损伤随循环次数变化关系的表达式。同时基于有限元分析软件ABAQUS,使用XFEM方法模拟叶片裂纹扩展并进行低周疲劳寿命分析,并与所给出的理论计算结果进行对比。结果表明,所建立的基于损伤力学的低周疲劳寿命计算结果与基于扩展有限元的裂纹扩展模拟结果吻合较好,其对于舰船汽轮机叶片等工程结构的寿命预测具有一定价值。