基于熵产的高温裂纹扩展热力学损伤研究

项目概述

为研究873 K下镍基高温合金GH4169裂纹扩展过程的热力学损伤响应，基于热力学理论提出了含裂纹试样的热力学熵产计算方法。开展了裂纹扩展有限元仿真，并针对含裂纹试样提出了热力学系统的定义方法。分析了应力幅值对循环熵产率（CEGR）和累积熵产的影响规律，将累积熵产与疲劳断裂熵（FFE）的比值定义为热力学系统的热力学损伤，探究了归一化疲劳寿命与热力学损伤的关系。结果表明：热力学系统应始终将裂纹和裂纹尖端塑性区域包含在内；当应力幅值不变，不同循环数时热力学系统的循环熵产率并非恒定值，应力幅值越小，循环熵产率的分散性越大；疲劳断裂熵与应力幅值之间存在近似二次函数关系；热力学系统的归一化剩余寿命随热力学损伤的累积呈现指数衰减。