【摘 要】
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随着航空工业的飞速发展,节能减排将成为下一代航空发动机的发展主题。间冷回热技术的提出解决了大型飞机燃料消耗和尾气排放的问题,而回热器是实现该技术的关键。工作状态下,蠕变及蠕变损伤导致的裂纹扩展是引起回热器结构钎焊区域失效的主要原因之一。残余应力、热应力与外载荷的叠加使钎焊接头处于复杂的多轴应力状态,对钎焊区域的蠕变失效影响较大。本文以回热器Inconel625/BNi-2钎焊的接头为研究对象,首先
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金,Inconel625/BNi-2钎焊接头蠕变裂纹扩展行为及寿命预测研究（51805545）； 山东省自然科学基金,板翅式换热器钎焊接头蠕变寿命预测与失效机理研究（ZR2017LEE009）； 泰山学者建设工程项目,基于结构完整性的高效能源装备制造（ts201511018）；
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随着航空工业的飞速发展,节能减排将成为下一代航空发动机的发展主题。间冷回热技术的提出解决了大型飞机燃料消耗和尾气排放的问题,而回热器是实现该技术的关键。工作状态下,蠕变及蠕变损伤导致的裂纹扩展是引起回热器结构钎焊区域失效的主要原因之一。残余应力、热应力与外载荷的叠加使钎焊接头处于复杂的多轴应力状态,对钎焊区域的蠕变失效影响较大。本文以回热器Inconel625/BNi-2钎焊的接头为研究对象,首先对其结构进行了优化,然后基于蠕变损伤理论,利用有限元方法对其蠕变损伤与裂纹扩展行为进行了研究,最后讨论了结构尺寸和钎料蠕变性能等因素对回热器蠕变裂纹扩展行为的影响,进而为回热器的进一步优化设计提供一定的理论参考。论文的主要研究工作和相关结论如下:（1）结合板翅式换热器和壳管式换热器的特点,对现有的回热器结构进行了优化。主换热管由圆管更换为矩形管,次换热管由直管交换为波形管,从而增加了回热器的有效换热面积,提高了换热效率。肋板和弯管的引入不仅可以提高换热效率,还可以延长回热器结构的蠕变寿命,然而均是以重量的增加为代价。（2）基于连续损伤力学理论,对优化的回热器结构在设计工况（650℃、3MPa）下的蠕变损伤和寿命情况进行了有限元分析。结果显示,裂纹萌生于钎焊接头中的钎缝区域,由于应力多轴度的作用,裂纹萌生的位置和蠕变等效应变最大的位置并不相同。当持续运行时间达到17631h后,裂纹贯穿于整个钎料区域,出现泄漏现象。（3）对优化的回热器结构在不同尺寸参数、钎料厚度和蠕变性能下泄漏位置处的蠕变裂纹扩展行为进行了有限元分析。结果证实:在所选范围内,主管壁厚S=2.2mm/波形管高度h=2.0mm/肋板厚度sr=0.1mm/钎料厚度sf=0.1mm时最优,回热器结构的连续工作时间最长;波形管适当地减小厚度、增大波长、减小长短轴比、增大钎料蠕变系数或者蠕变应力指数,同样有利于延长回热器结构的蠕变寿命。
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