钛合金挠性轴裂纹延展规律与寿命预测

作者：张洪霖; 范楷模; 王宇鹏; 郭添鸣; 米凯夫; 张一帆

来源：石油机械, 2021, 49(09): 40-47.

DOI：10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2021.09.006

• 钛合金
• 挠性轴
• 应力分布
• 寿命预测
• 裂纹深度
• 现场试验

为延长钛合金挠性轴使用寿命及计算服役时长,通过理论推导,论证了应用S-N曲线进行材料寿命预测的可行性;通过超高周疲劳试验,得到了疲劳应力S-N曲线。通过有限元方法计算出钛合金挠性轴在不同圆角下的应力集中系数,模拟了不同圆角值和弯角值下的应力分布状态,优化出圆角的最优解,并计算出最优解时钛合金挠性轴在不同弯角下的安全系数,以此确定弯角许用的极大值,推导出优选值下挠性轴使用的极短时长。通过断裂力学仿真分析,计算出不同裂纹深度下的应力极值变化规律与裂纹深度最值;根据Paris公式及有限元计算结果推导出挠性轴的极限循环周次及裂纹的延展速率,从而探究了钛合金挠性轴的裂纹萌生规律。现场试验中挠性轴的循环周期约为2.268×106周次,大于裂纹萌生时长,但小于2.848×106周次的循环极值,判定挠性轴应有裂纹萌生。现场试验与金相组织检查结果证实了裂纹萌生及扩展规律计算的正确性。