冲蚀环境下离心压缩机叶轮材料FV520B-I超高周疲劳行为与寿命预测研究

The life requirement of centrifugal compressor impeller should be into the very high cycle fatigue (VHCF) regime. In the service, the centrifugal compressor impeller usually suffers the erosion effect of medium, and the surface erosion defects will have important effects on the VHCF life of the impeller. The research on VHCF in erosion environment has not been carried out. In this proposal, the VHCF research of centrifugal compressor impeller important material FV520B-I in erosion environment will be studied by theoretical analysis, fatigue testing in erosion environment, microstructure analysis, and finite element numerical simulation method. The research content includes: (1) To study the change law of FV520B-I surface characteristics under the erosion-fatigue interaction. (2) To study the VHCF micro-mechanism and damage evolution law of FV520B-I in erosion environment. (3) To establish the VHCF strength and life prediction models of FV520B-I in erosion environment. The researchers will provide the theoretical basis for the long life fatigue design and security service of centrifugal compressor impeller.

离心压缩机叶轮的疲劳寿命需要达到超高周范围。在服役中，离心压缩机叶轮通常承受介质的冲蚀作用，表面冲蚀缺陷会对叶轮的超高周疲劳寿命产生重要影响，而当前涉及冲蚀环境下的超高周疲劳研究尚未开展。本课题拟采用理论分析、冲蚀环境下的疲劳试验、微观结构分析、有限元数值模拟等方法，开展离心压缩机叶轮重要材料FV520B-I在冲蚀环境下的超高周疲劳研究，主要包括：（1）研究冲蚀-疲劳交互作用下FV520B-I表面特性变化规律；（2）研究冲蚀环境下FV520B-I超高周疲劳失效微观机制及损伤演化规律；（3）建立冲蚀环境下FV520B-I超高周疲劳强度-寿命预测模型。本课题研究为离心压缩机叶轮的超长寿命疲劳设计和安全服役提供良好的理论依据。

离心压缩机叶轮通常承受介质的冲蚀作用，表面冲蚀缺陷会对叶轮的超高周疲劳寿命产生重要影响。本课题采用理论分析、试验研究、微观结构分析、有限元数值模拟等方法，开展了离心压缩机叶轮重要材料FV520B-I冲蚀凹坑存在条件下的高周/超高周疲劳研究，主要包括：研究了模拟冲蚀凹坑存在条件下FV520B-I的高周/超高周疲劳失效微观机制及损伤演化规律，揭示了FV520B-I母材、焊接接头狗骨型试样，具有模拟冲蚀凹坑的平板试样的高周/超高周疲劳机理，并获得了疲劳强度和疲劳寿命变化规律；研究了内部夹杂物与表面冲蚀缺陷形状对疲劳强度预测的影响规律以及冲蚀凹坑诱发的表面起裂与内部夹杂物处起裂的竞争机制，修正了广泛应用于超高周疲劳强度预测的Murakami模型，建立了表面冲蚀凹坑/内部夹杂物处起裂竞争的定量评价模型。本课题的研究有助于深入回答FV520B-I冲蚀凹坑存在条件下的超高周疲劳机理与规律、强度-寿命预测方法等科学问题，而且对于解决离心压缩机叶轮超长寿命疲劳设计、安全服役等工程问题也具有重要意义。