涡轮盘蠕变疲劳寿命预测的数字孪生模型研究

孙雨杰; 朱郁涵; 康磊; 张润泽; 谈建平; 温建锋; 刘长利

doi:10.14135/j.cnki.1006-3080.20250106002

华东理工大学学报（自然科学版） ›› 2025, Vol. 51 ›› Issue (06) : 857 -867. DOI: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20250106002

涡轮盘蠕变疲劳寿命预测的数字孪生模型研究

孙雨杰, 朱郁涵, 康磊, 张润泽, 谈建平, 温建锋, 刘长利

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摘要

针对航空发动机涡轮盘蠕变疲劳寿命预测计算效率低、实时性差、难以满足工程实际中寿命管理需求的问题，本文提出了涡轮盘蠕变疲劳寿命预测的数字孪生模型。该模型首先通过降阶方法获取涡轮盘的应力场，然后根据寿命预测模型计算涡轮盘的蠕变疲劳寿命。采用降阶方法计算应力的优势是可以快速得到不同工况下的结构应力场，相较于传统有限元分析，应力场计算时间减少了99.74%，可实现秒级响应。基于应力场计算结果，模型可实时预测涡轮盘在不同工况下的蠕变疲劳寿命，从而解决了涡轮盘蠕变疲劳寿命预测实时性差的问题。为验证模型可靠性，开展了6组不同工况条件下涡轮盘榫槽底部模拟件的蠕变疲劳试验，结果表明：模型预测寿命与试验寿命的相对误差均能控制在1.5倍误差带范围内，证明该模型具有很高的准确性。