气膜冷却孔对涡轮叶片持久寿命的影响：实验与数值模拟

本文主要探讨了涡轮叶片持久寿命预测中气膜冷却孔的重要影响。涡轮叶片作为航空航天领域关键部件，其使用寿命直接影响到发动机的整体性能。通常，气膜冷却孔作为一种减热设计，用于降低叶片内部温度，但在实际运行中，这些小尺寸的孔可能导致显著的应力集中，从而显著降低叶片的持久寿命。 作者通过对涡轮叶片典型部位取样，设计并加工了无孔、直孔和斜孔三种不同类型的试件，进行了持久寿命试验。他们采用的是国际标准的金属高温拉伸持久试验方法（HB5150-80），并在980摄氏度的高温环境下施加不同的名义应力，记录了每个试件的断裂寿命。试验结果显示，在相同的名义应力条件下，带有气膜冷却孔的试件表现出明显的寿命降低。 为了验证这一实验发现，研究者利用有限元数值模拟技术对试件的持久拉伸过程进行了深入分析。数值模拟考虑了材料的正交各向异性特性，即不同方向上的力学行为可能有所不同，以及高温环境下的蠕变效应，这是影响材料长期性能的关键因素。通过这种方法，他们能够精确计算出应力集中最大节点的应力值，并以此为基础预测试件的持久寿命。 比较了不同类型的试件后，文章明确指出气膜冷却孔的存在显著降低了持久寿命，这对于涡轮叶片的设计优化具有重要意义。这表明，在未来的设计过程中，必须充分考虑气膜冷却孔对寿命预测的影响，以便制定更为合理和安全的设计策略。这项研究对于提升我国涡轮叶片的强度设计系统，尤其是对于气膜冷却孔效应的理解，提供了有价值的数据支持和理论依据。