本發(fā)明涉及結構疲勞壽命預測，具體是涉及一種基于ct掃描圖像的增材修復葉片疲勞失效分析方法。

背景技術：

1、在航空發(fā)動機領域，風扇與低壓壓氣機葉片通常采用整體葉盤設計，以提高結構的穩(wěn)定性和效率。然而，這些葉片在運行過程中會承受由高轉速引起的離心力和氣流激振產生的振動應力的雙重作用。一旦葉片遭受外物損傷，其疲勞強度將顯著下降，影響發(fā)動機的安全性和可靠性。傳統(tǒng)上，對于受損葉片的修復主要依賴于打磨、焊接等技術手段，這些方法可以在一定程度上降低局部應力集中或修復葉片的幾何尺寸，從而恢復葉片的疲勞性能。然而，這些技術對于葉片掉角、大缺口等復雜損傷情況的處理效果有限，無法完全恢復葉片的性能。

2、近年來，隨著增材制造技術的發(fā)展，其在航空發(fā)動機葉片修復領域的應用日益廣泛。增材制造技術能夠對葉片進行精確的修復，不僅能夠恢復葉片的幾何形狀，還能在一定程度上改善其疲勞性能。然而，增材修復過程中可能產生的孔隙、未熔合缺陷和殘余拉應力等特征，對修復構件的疲勞性能有著不可忽視的影響。這些微觀缺陷特征，包括缺陷體積、球形度、長徑比、孔隙率、缺陷位置和類型等，對增材制造構件的疲勞性能及裂紋擴展行為具有重要影響。ct技術因其非接觸、非破壞的優(yōu)點，被廣泛應用于材料內部缺陷的檢測。ct技術能夠提供高分辨率的三維圖像，揭示材料內部的微觀結構和缺陷信息。將ct技術應用于增材修復葉片的缺陷檢測，可以準確地識別和表征修復過程中引入的各種缺陷，為后續(xù)的疲勞性能分析提供基礎數(shù)據(jù)。

3、盡管已有研究者基于缺陷-疲勞壽命的試驗數(shù)據(jù)，提出了多種修正模型來提高含缺陷金屬材料疲勞壽命預測的精度，但增材修復葉片的高周疲勞損傷機理仍然不夠明確，缺乏有效的預測模型來準確評估修復葉片的疲勞性能。因此，基于ct掃描圖像，建立一種能夠綜合考慮增材修復特征和缺陷影響的疲勞失效分析方法，對于提高修復葉片的性能評估和安全使用具有重要意義。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對以上缺點，本發(fā)明提供一種無損的基于ct掃描圖像的增材修復葉片疲勞失效分析方法。

2、技術方案：為解決上述問題，本發(fā)明采用一種基于ct掃描圖像的增材修復葉片疲勞失效分析方法，包括以下步驟：

3、步驟1：采用ct掃描技術與光學顯微鏡相結合的方式對增材修復鈦合金模擬葉片進行缺陷測試分析。在倒置光學顯微鏡上對葉片的增材修復區(qū)域開展缺陷表征測試；

4、步驟2：鈦合金模擬葉片增材缺陷截面與全局測試分析，獲取試件在三個方向上的投影截面以及三維視圖的缺陷分布情況；

5、步驟3：統(tǒng)計增材修復鈦合金前緣模擬葉片缺陷參數(shù)分布，包括等效球直徑分布，球形度分布，水平截面投影面積分布以及體積分布；

6、步驟4：通過ct無損檢測觀察增材修復鈦合金模擬葉片疲勞裂紋擴展情況，采用sem對增材修復tc17鈦合金拉伸疲勞試件的高周疲勞斷口進行觀察與分析，探究其缺陷相關的疲勞源及疲勞裂紋擴展行為；

7、步驟5：建立增材修復鈦合金模擬葉片缺陷特征與疲勞性能之間的關聯(lián)規(guī)律，通過缺陷依賴的高周疲勞壽命模型模擬增材修復葉片疲勞裂紋擴展行為，形成一種基于ct掃描圖像的增材修復葉片疲勞失效分析方法。

8、進一步的，對增材修復模擬構件進行打磨拋光、切片取樣與ct掃描，得到修復區(qū)的缺陷特征，所述修復區(qū)的缺陷特征包括缺陷尺寸、缺陷位置、缺陷形貌。

9、進一步的，將統(tǒng)計的增材修復模擬構件的修復區(qū)的缺陷尺寸概率分布、缺陷位置概率分布和缺陷形貌概率分布，融入經典疲勞理論建立考慮增材修復缺陷的缺陷-疲勞壽命模型：

10、

11、其中，表示缺陷的疲勞損傷參量，是最大應力σmax與缺陷特征值的乘積；nf表示疲勞循環(huán)壽命；α′與β′是缺陷的疲勞壽命模型的擬合參數(shù)，y表示缺陷類型，表示缺陷等效圓面積，μ表示材料疲勞壽命對缺陷尺寸的敏感性，α表示材料疲勞壽命對缺陷球形度的敏感性，β表示材料疲勞壽命對缺陷位置的敏感性，dl表示缺陷位置，cd表示圓度。

12、進一步的，所述缺陷尺寸的表征為：將缺陷等效為橢球，將橢球的投影面積的平方根表示為缺陷尺寸；缺陷位置dl通過歸一化后的距模擬構件表面的距離進行表示；缺陷形貌通過球形度cd進行表示；

13、

14、

15、其中，df為模擬構件的厚度，df為缺陷到模擬構件表面的距離；v為缺陷體積，s為缺陷表面積。

16、進一步的，所述增材修復模擬構件的修復區(qū)的缺陷尺寸概率分布、缺陷位置概率分布和缺陷形貌概率分布通過對增材修復模擬構件缺陷參數(shù)的分布情況進行統(tǒng)計分析得到，所述增材修復模擬構件缺陷參數(shù)包括缺陷直徑、缺陷球形度、缺陷體積以及缺陷在x-y平面上的投影面積。

17、本發(fā)明還采用一種計算機設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述方法的步驟。

18、本發(fā)明還一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的方法的步驟。

19、有益效果：本發(fā)明提供了一種基于ct掃描圖像的增材修復葉片疲勞失效分析方法，具有顯著的有益效果。通過結合計算機斷層掃描技術和光學顯微鏡，該方法能夠高精度地檢測和表征增材修復鈦合金葉片的內部缺陷，確保檢測的全面性和準確性。詳細統(tǒng)計的缺陷參數(shù)為疲勞性能分析提供了重要基礎，使得能夠有效評估增材修復過程中引入的缺陷對葉片性能的影響。結合高周疲勞測試和ct無損檢測，本發(fā)明能夠精確評估修復葉片的疲勞性能，揭示裂紋擴展情況和缺陷相關的疲勞源及行為，建立了缺陷特征與疲勞性能之間的關聯(lián)規(guī)律。這為預測修復葉片的使用壽命提供了科學依據(jù)，提升了修復效果和資源利用率，使修復后的葉片滿足安全使用要求，特別對于受外物打擊損傷的葉片，通過增材修復后能恢復其疲勞強度，避免直接報廢處理，節(jié)省材料資源?？傮w而言，本發(fā)明提供了一種高效、精準的分析方法，為葉片修復和再利用提供了可靠的技術支持。

技術特征：

1.一種基于ct掃描圖像的增材修復葉片疲勞失效分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于ct掃描圖像的增材修復葉片疲勞失效分析方法，其特征在于，在phoenix?v|tome|x?m型ct數(shù)碼斷層攝影系統(tǒng)上對增材修復tc17鈦合金前緣模擬葉片使用高分辨率ct開展全局缺陷表征測試；高分辨率ct測試參數(shù)如下：光子能量為60kev，電壓125kv，電流105μa，曝光時間500ms，ct體素尺寸6.47μm，焦點尺寸13.125μm，濾波片選用0.4mm銅片，成像范圍20mm，成像間隔5.8μm。

3.根據(jù)權利要求2所述的基于ct掃描圖像的增材修復葉片疲勞失效分析方法，其特征在于，統(tǒng)計增材修復模擬葉片中修復區(qū)的缺陷尺寸概率分布、缺陷位置概率分布和缺陷形貌概率分布；增材缺陷并非完美的球形，大部分孔隙類缺陷為類球形或類橢球形，而致命的未熔融缺陷則形態(tài)各異，缺陷形狀的度量可以用球形度這一參數(shù)來表達，缺陷的球形度計算公式如下：

4.根據(jù)權利要求3所述的基于ct掃描圖像的增材修復葉片疲勞失效分析方法，其特征在于，通過ct無損檢測觀察增材修復鈦合金模擬葉片疲勞裂紋擴展情況，研究其缺陷相關的疲勞源及疲勞裂紋擴展行為；首先通過斷口分析，找到疲勞源，采用sem對增材修復tc17鈦合金拉伸疲勞試件的高周疲勞斷口進行觀察與分析，確認試件的起裂模式，探索增材修復后的疲勞萌生與擴展機理；使用圖像分析軟件image?pro?plus對疲勞斷口sem圖像上的韌窩尺寸進行定量地分析；測試前，使用線切割將試件斷裂部位切下，試件從斷面自然分裂為兩塊，任取其中一塊在超聲波清洗儀中使用無水乙醇對試件進行清洗，烘干后使用sem進行疲勞斷口觀察；然后采用ct掃描檢測缺陷，增材修復模擬構件的修復區(qū)的缺陷尺寸概率分布、缺陷位置概率分布和缺陷形貌概率分布通過對增材修復模擬構件缺陷參數(shù)的分布情況進行統(tǒng)計分析得到，所述增材修復模擬構件缺陷參數(shù)包括缺陷直徑、缺陷球形度、缺陷體積以及缺陷在x-y平面上的投影面積。

5.根據(jù)權利要求4所述的基于ct掃描圖像的增材修復葉片疲勞失效分析方法，其特征在于，建立缺陷依賴的高周疲勞壽命模型：

6.一種計算機設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權利要求1至權利要求5所述方法的步驟。

7.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權利要求1至權利要求5所述的方法的步驟。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于CT掃描圖像的增材修復葉片疲勞失效分析方法。采用CT技術與光學顯微鏡相結合的方式對增材修復鈦合金葉片進行缺陷測試分析與裂紋成像，建立鈦合金葉片增材修復區(qū)缺陷特征與疲勞性能之間的關聯(lián)規(guī)律。首先利用高分辨率CT技術對葉片進行無損檢測，對增材修復的鈦合金葉片前緣進行全局缺陷重構，通過統(tǒng)計分析獲取缺陷參數(shù)的分布特征；分析缺陷相關的疲勞源和裂紋擴展行為，結合缺陷依賴的增材修復葉片高周疲勞壽命(極限)模型，建立起一種基于CT掃描圖像的疲勞失效分析方法。通過該方法，能夠精確識別關鍵缺陷并預測其對葉片使用壽命的影響，從而為航空發(fā)動機葉片的修復和再利用提供科學依據(jù)和理論指導。

技術研發(fā)人員：易敏,湯衛(wèi),孫燊,趙振華
受保護的技術使用者：南京航空航天大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9