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单晶涡轮叶片热机械疲劳试验技术

航空动力学报 2013年第2期28卷 252-258页

作者：王荣桥荆甫雷胡殿印北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对单晶空心气冷涡轮转子叶片的热机械疲劳(TMF)试验要求,建立了涡轮叶片热机械疲劳试验系统,包括加载、加热、气冷、水冷和控制等5个子系统.试验结果表明:该系统能够同时模拟服役条件下单晶涡轮叶片考核截面的应力场、温度场、气冷过... 详细信息

针对单晶空心气冷涡轮转子叶片的热机械疲劳(TMF)试验要求,建立了涡轮叶片热机械疲劳试验系统,包括加载、加热、气冷、水冷和控制等5个子系统.试验结果表明:该系统能够同时模拟服役条件下单晶涡轮叶片考核截面的应力场、温度场、气冷过程以及应力/温度谱等.利用该试验系统进行了单晶涡轮叶片考核截面的热机械疲劳试验,试验结果再现了涡轮叶片在服役状态下的失效模式.基于上述试验结果可以进行涡轮叶片的寿命预测和失效分析.

关键词：单晶涡轮叶片热机械疲劳试验技术感应加热

基于临界平面的镍基单晶高温合金疲劳寿命预测模型

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航空动力学报 2013年第11期28卷 2587-2592页

作者：王荣桥荆甫雷胡殿印北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

根据循环损伤累积的思想,发展了一种基于临界平面的镍基单晶高温合金疲劳寿命预测模型.以非弹性应变能密度最大的滑移面作为镍基单晶高温合金承受最大损伤的临界平面,并结合基于滑移系的黏塑性变形分析结果,建立了疲劳寿命与最大滑移系... 详细信息

根据循环损伤累积的思想,发展了一种基于临界平面的镍基单晶高温合金疲劳寿命预测模型.以非弹性应变能密度最大的滑移面作为镍基单晶高温合金承受最大损伤的临界平面,并结合基于滑移系的黏塑性变形分析结果,建立了疲劳寿命与最大滑移系分解剪应力、最大滑移剪应变率、滑移剪应变范围、应变比以及拉伸/压缩保载频率等临界平面参数的函数关系.采用760℃下DD6单晶的疲劳试验结果对上述预测模型进行验证,试验与计算结果符合良好,基本在2倍分散带内.

关键词：镍基单晶高温合金寿命预测疲劳黏塑性临界平面循环损伤累积

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Ni_3Al基单晶高温合金蠕变本构模型

航空动力学报 2018年第3期33卷 657-662页

作者：王荣桥张斌胡殿印北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191 先进航空发动机协同创新中心北京100191

结合Ni_3Al基单晶高温合金蠕变行为的细观机理,在晶体滑移理论的基础上,建立了描述Ni_3Al基单晶高温合金蠕变行为的本构模型,并通过ANSYS提供的UPFs二次开发平台对所建立的本构模型进行了有限元实现。利用蠕变试验数据,结合遗传算法获... 详细信息

结合Ni_3Al基单晶高温合金蠕变行为的细观机理,在晶体滑移理论的基础上,建立了描述Ni_3Al基单晶高温合金蠕变行为的本构模型,并通过ANSYS提供的UPFs二次开发平台对所建立的本构模型进行了有限元实现。利用蠕变试验数据,结合遗传算法获取了两种Ni_3Al基材料的蠕变本构模型参数。利用所建立的蠕变本构模型对两种Ni_3Al基材料的高温拉伸试件进行了有限元模拟,与试验结果吻合良好。这表明在晶体滑移理论基础上建立的本构模型是合理的,并且能够较好地描述Ni_3Al基单晶高温合金三个阶段的蠕变行为,具有一定的应用价值。

关键词： Ni3Al基单晶蠕变本构模型晶体滑移理论 ANSYS二次开发

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复杂构件MDO六面体网格重构方法

航空动力学报 2011年第9期26卷 2032-2038页

作者：王荣桥贾志刚樊江胡殿印申秀丽北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

从参数化模型和模型拓扑特征出发,提出了一套六面体网格重构的有限元模型建模方法.同时,使用随动点来约束网格的拓扑边界,保证网格的正交性,确保了网格重构后的网格质量;结合现有的商用软件ICEM的网格生成算法,开发了基于特征的参数化... 详细信息

从参数化模型和模型拓扑特征出发,提出了一套六面体网格重构的有限元模型建模方法.同时,使用随动点来约束网格的拓扑边界,保证网格的正交性,确保了网格重构后的网格质量;结合现有的商用软件ICEM的网格生成算法,开发了基于特征的参数化有限元(FE)建模程序.最终,针对航空发动机低压涡轮带冠叶片的叶冠参数进行的多学科优化(MDO),实例验证了网格重构方法的有效性和可行性.

关键词：网格重构随动点拓扑特征基于特征的参数化有限元(FE)模型多学科优化

基于贝叶斯理论的低循环疲劳寿命模型不确定性量化

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航空学报 2017年第9期38卷 244-253页

作者：王荣桥刘飞胡殿印李达北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100083 先进航空发动机协同创新中心北京100083 航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100083

为量化低循环疲劳寿命模型中的不确定性因素,利用贝叶斯理论,采用经典的模型校准形式确立了寿命模型的不确定性量化形式,并结合正态性检验对误差项进行验证;应用马尔可夫链-蒙特卡罗(MCMC)算法获得了模型参数后验分布的抽样样本,在小子... 详细信息

为量化低循环疲劳寿命模型中的不确定性因素,利用贝叶斯理论,采用经典的模型校准形式确立了寿命模型的不确定性量化形式,并结合正态性检验对误差项进行验证;应用马尔可夫链-蒙特卡罗(MCMC)算法获得了模型参数后验分布的抽样样本,在小子样试验数据条件下确定了低循环疲劳寿命的95%不确定性区间,较好地覆盖了寿命的分散性;对参数样本进行了相关性分析,并将异方差回归概率模型与贝叶斯概率模型进行了比较。最后,利用Morris全局灵敏度分析方法获得了Manson-Coffin模型参数的全局灵敏度指标;同时,验证了在模型参数对先验信息敏感,或者说在先验信息影响极大的情况下,采用无信息先验处理方法的合理性。

关键词：贝叶斯理论不确定性量化低循环疲劳概率模型全局灵敏度

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树脂基复合材料风扇叶片的优化设计

航空动力学报 2012年第7期27卷 1630-1637页

作者：胡殿印彭苗娇王荣桥冯笑男北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国航空工业集团公司中航商用飞机发动机有限责任公司上海200240

在深入研究树脂基复合材料的材料属性和设计准则的基础上,提出并建立了一种树脂基复合材料空心风扇叶片的结构设计方法,并对叶片的强度和振动特性进行了研究,结果表明所提出的树脂基复合材料空心风扇叶片的结构设计是可行的,且对于提高... 详细信息

在深入研究树脂基复合材料的材料属性和设计准则的基础上,提出并建立了一种树脂基复合材料空心风扇叶片的结构设计方法,并对叶片的强度和振动特性进行了研究,结果表明所提出的树脂基复合材料空心风扇叶片的结构设计是可行的,且对于提高风扇叶片的强度和减重起到了显著的效果.在此基础上,以共振裕度为设计目标,提出了树脂基复合材料风扇叶片优化设计的流程,解决了优化过程中学科间、应用软件间的信息传递问题,并实现了叶片铺层顺序设计优化.结果表明:在满足强度约束条件的前提下,树脂基复合材料空心风扇叶片较金属实心叶片质量减少了78.88%,共振裕度增加了8.44%.

关键词：树脂基复合材料风扇叶片强度振动优化设计

GH720Li镍基高温合金蠕变-疲劳试验研究

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稀有金属材料与工程 2018年第7期47卷 2185-2191页

作者：胡殿印马琦航高晔王荣桥北京航空航天大学北京100191 先进航空发动机协同创新中心北京100191 航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191

对先进航空发动机涡轮盘的典型材料镍基高温合金GH720Li的蠕变-疲劳特性进行了试验研究。通过对真实涡轮盘上取样的圆棒试验件,开展了650℃不同保持时间下的GH720Li合金蠕变-疲劳试验。结果表明,650℃下保持时间对GH720Li合金的蠕变-疲... 详细信息

对先进航空发动机涡轮盘的典型材料镍基高温合金GH720Li的蠕变-疲劳特性进行了试验研究。通过对真实涡轮盘上取样的圆棒试验件,开展了650℃不同保持时间下的GH720Li合金蠕变-疲劳试验。结果表明,650℃下保持时间对GH720Li合金的蠕变-疲劳特性影响较大,即,在较长的保持时间(>30 min)下,蠕变损伤占主导地位,降低了材料的蠕变-疲劳寿命。SEM断口分析表明:随着保持时间的增加,裂纹形成区由穿晶和沿晶混合断裂向沿晶断裂转化;裂纹扩展区由穿晶断裂向穿晶、沿晶的混合模式转化。最后,基于GH720Li合金的蠕变-疲劳试验数据,分别选取载荷谱转换法和机械功密度法进行GH720Li合金的蠕变-疲劳寿命预测,并研究了2种模型的工程适用性。

关键词： GH720Li 蠕变-疲劳保持时间断口分析寿命模型

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流固耦合在涡轮多学科优化设计中的应用

航空学报 2013年第12期34卷 2777-2784页

作者：贾志刚王荣桥胡殿印中航空天发动机研究院有限公司北京100028 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对以往的多学科优化设计(MDO)中未能考虑高精度的耦合分析,开展了涉及耦合分析的多学科优化方法研究。以涡轮叶片为研究对象,兼顾优化效率和精度,提出了涉及耦合的涡轮叶片多学科优化策略。该策略以协同优化(CO)策略作为框架,将可变... 详细信息

针对以往的多学科优化设计(MDO)中未能考虑高精度的耦合分析,开展了涉及耦合分析的多学科优化方法研究。以涡轮叶片为研究对象,兼顾优化效率和精度,提出了涉及耦合的涡轮叶片多学科优化策略。该策略以协同优化(CO)策略作为框架,将可变复杂度建模方法(VCM)和3种精度(高、中、低)模型嵌入其中。其中,通过两点式标度函数和周期更新方法提高可变复杂度建模方法管理3种精度模型的能力。3种精度模型包括涡轮叶片的流固耦合分析、单学科分析和响应面近似方程。最终解决了涡轮叶片多学科优化设计精度和效率的难题,得到可行的最优化结果。

关键词：流固耦合分析多学科优化设计可变复杂度建模方法协同优化策略涡轮叶片

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一种单晶涡轮叶片热机械疲劳寿命评估方法

航空动力学报 2016年第2期31卷 299-306页

作者：荆甫雷王荣桥胡殿印中国航空工业集团公司中航空天发动机研究院有限公司北京101304 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对单晶涡轮叶片热机械疲劳(TMF)问题,围绕单晶涡轮叶片TMF试验,结合单晶变形、损伤理论及数值模拟,建立了一套单晶涡轮叶片TMF寿命评估方法.利用空心气冷涡轮叶片TMF试验系统,对单晶涡轮片考核截面在服役条件下所产生的交变应力场和... 详细信息

针对单晶涡轮叶片热机械疲劳(TMF)问题,围绕单晶涡轮叶片TMF试验,结合单晶变形、损伤理论及数值模拟,建立了一套单晶涡轮叶片TMF寿命评估方法.利用空心气冷涡轮叶片TMF试验系统,对单晶涡轮片考核截面在服役条件下所产生的交变应力场和交变温度场进行模拟,确定了裂纹萌生部位及其TMF寿命.考虑单晶涡轮叶片变形和损伤行为的特征,分别建立了基于滑移系的Walker黏塑性本构模型和基于临界平面的循环损伤累积(CDA)模型.利用上述本构和寿命模型,完成了单晶涡轮叶片TMF试验的数值模拟.结果表明:叶片理论危险点与试验结果一致,且计算寿命基本落在试验寿命的3倍分散带内.

关键词：单晶涡轮叶片热机械疲劳寿命黏塑性损伤