机械工程学报

作者：杨毅成, 宋志恒, 张倍萱, 段超鹏, 米兆国, 毕研策, 杨卫华

单位：南京航空航天大学能源与动力学院 南京 210016

关键词：叶冠篦齿,裂纹萌生,裂纹扩展,热循环试验,XFEM；

涡轮叶冠篦齿摩擦引发的径向裂纹危及发动机的安全运行，而其演化机理还未经验证。为明确径向裂纹的演化机理，采用热循环试验进行研究，并采用基于Abaqus软件的XFEM方法进行数值研究。700 ℃热载荷下篦齿未萌生裂纹、预制裂纹未扩展；900 ℃热载荷下篦齿未萌生裂纹，预制裂纹张开但沿周向扩展、最终剥落；1 050 ℃热载荷下形成了径向裂纹，且裂纹长度随循环次数的增加而增加；1 050 ℃热载荷下的并行试验也形成了径向裂纹，裂纹扩展到叶冠，得到了裂纹长度随循环次数的拟合式。结果表明，径向裂纹是冷却过程中的周向拉应力引发的，周向拉应力大于屈服强度时在篦齿顶面和侧面交界处萌生裂纹，裂纹先贯穿篦齿顶面、再沿径向扩展，温度升高会促进裂纹的萌生和扩展。因此，热循环载荷下的试验与数值计算研究验证了径向裂纹的演化机理，热载荷是径向裂纹萌生和扩展的驱动力。

来源：2025年第24期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2025年第24期