高温热腐蚀与蠕变疲劳耦合作用下镍基高温合金的损伤机理与寿命预测研究

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基本信息

  • 批准号：
    51605015
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    李少林
  • 依托单位：
    北京航空航天大学
  • 学科分类：
    E0504.机械结构强度学
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The turbine blades in engines suffer severe operation conditions characterized by operation environment and mechanical stresses. The turbine blades in the marine environment suffer from serious material degradation at a significantly faster rate namely hot corrosion and under a fatigue load at the same time. Thus far, a few efforts have been made to investigate the effect of hot corrosion on the creep-fatigue properties of nickel-base superalloys. The existing mechanics analysis method and life prediction model cannot express the true nature of the damage mechanism and service life. The high-temperature hot corrosion damage mechanics and evolution law under creep-fatigue loading for the typical turbine blade materials was investigated. The damage estimation index of nickel-base superalloys subjected the hot corrosion and under a fatigue load simultaneously was proposed. And the evolution law of the superalloys damage was revealed. Based on diffusion theory and continuum damage mechanics theory, the damage constitutive model of creep-fatigue damage under effect of corrosive media will be established. Therefore, the coupling evolution process under the complex environments and complex load was numerically simulated. The life prediction under chemical and mechanical factors was completed, which provides important theoretical basis and scientific methods for structural strength design and life estimate of turbine blade.
航空发动机涡轮结构的真实工作状态处于环境与机械荷载的耦合作用。沿海地区及工业污染区服役的涡轮叶片结构受到热腐蚀与荷载的耦合作用，这种耦合作用加剧了叶片结构的损伤劣化。针对先进航空发动机涡轮叶片材料定向凝固镍基高温合金热腐蚀与蠕变疲劳耦合损伤行为的研究鲜有报道，已有的力学分析方法及寿命预测模型也未能真实反映材料的损伤演化行为及寿命强度。本项目研究典型涡轮叶片材料在蠕变疲劳载荷作用下高温热腐蚀损伤演化机理与规律；提出热腐蚀与蠕变疲劳载荷耦合作用下损伤评价指标，揭示热腐蚀与蠕变疲劳载荷耦合作用下材料损伤演化规律；基于扩散理论与连续损伤力学理论，建立在热腐蚀介质作用下的疲劳蠕变损伤的本构模型，数值模拟复杂环境与复杂载荷耦合作用下损伤演化过程，实现化学与力学因素协同作用下的材料与结构寿命预测，为涡轮叶片结构强度设计与寿命预估提供重要理论依据和科学方法。

结项摘要

本项目重点研究高温热腐蚀与蠕变疲劳耦合服役条件下涡轮叶片典型材料的损伤演化机理和规律以及寿命预测方法。经过三年的努力，项目组成员在机械载荷作用下热腐蚀损伤演化机理、损伤演化规律以及寿命预测方法等基础研究方面取得了一些创新性研究成果。试验研究了典型航空发动机涡轮叶片材料DZ125合金在循环载荷作用下的热腐蚀损伤演化机制，分别提出了无载荷以及循环载荷作用下的热腐蚀动力学模型；试验研究了蠕变保载时间对DZ125合金热腐蚀疲劳寿命的弱化规律，且在微细观上揭示了蠕变保载对热腐蚀疲劳寿命的损伤机理以及涂层的防护机理和规律；在工程力学框架下定义了热腐蚀损伤，提出了热腐蚀损伤及其与疲劳损伤的耦合形式；分别提出了基于线性累计损伤法则和断裂力学理论的两种热腐蚀疲劳寿命预测方法，并将寿命预测方法扩宽至磨损、氧化和磨损等表面损伤引起的疲劳寿命退化情况中。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
A physically based model for correlating the microstructural degradation and residual creep lifetime of a polycrystalline Ni-based superalloy
用于关联多晶镍基高温合金的微观结构退化和残余蠕变寿命的物理模型
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2018.11.417
  • 发表时间：
    2019-04
  • 期刊：
    ournal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Shaolin Li;Bingxue Wang;Duoqi Shi;Xiaoguang Yang;Hongyu Qi
  • 通讯作者：
    Hongyu Qi
A novel fatigue life model considering surface-damage induced performance degradation
考虑表面损伤引起的性能下降的新型疲劳寿命模型
  • DOI：
    10.1016/j.engfracmech.2020.106899
  • 发表时间：
    2020-04
  • 期刊：
    Engineering Fracture Mechanics
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    Jianan Song;Hongyu Qi;Shaolin Li;Xiaoguang Yang
  • 通讯作者：
    Xiaoguang Yang
High-temperature hot-corrosion effects on the creep–fatigue behavior of a directionally solidified nickel-based superalloy: Mechanism and lifetime prediction
高温热腐蚀对定向凝固镍基高温合金蠕变疲劳行为的影响：机理和寿命预测
  • DOI：
    10.1177/1056789519891765
  • 发表时间：
    2020-05
  • 期刊：
    International Journal of Damage Mechanics
  • 影响因子：
    4.2
  • 作者：
    Shaolin Li;Hongyu Qi;Xiaoguang Yang
  • 通讯作者：
    Xiaoguang Yang
Influence of MCrAIY coating on low-cycle fatigue behavior of a directionally solidified nickel-based superalloy in hot corrosive environment
MCrAlY涂层对热腐蚀环境下定向凝固镍基高温合金低周疲劳行为的影响
  • DOI：
    10.1016/j.msea.2016.09.064
  • 发表时间：
    2016-12-15
  • 期刊：
    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Li, Shaolin;Yang, Xiaoguang;Shi, Duoqi
  • 通讯作者：
    Shi, Duoqi
Low-temperature hot corrosion effects on the low-cycle fatigue lifetime and cracking behaviors of a powder metallurgy Ni-based superalloy
低温热腐蚀对粉末冶金镍基高温合金低周疲劳寿命和裂纹行为的影响
  • DOI：
    10.1016/j.ijfatigue.2018.06.035
  • 发表时间：
    2018-11-01
  • 期刊：
    INTERNATIONAL JOURNAL OF FATIGUE
  • 影响因子：
    6
  • 作者：
    Li, Shaolin;Yang, Xiaoguang;Shi, Duoqi
  • 通讯作者：
    Shi, Duoqi

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  • 通讯作者：
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  • 作者：
    何迎盈;刘娜娜;罗治彬;李少林
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    李少林

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李少林的其他基金

源于热腐蚀坑小裂纹的扩展行为及其在寿命预测中的多尺度应用研究
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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