崔 璐， 康文泉， 吴 鹏， 罗 浩， 魏文澜， 李 臻

(西安石油大学机械工程学院， 西安 710065)

高温设备在运行时都承受着复杂循环载荷,如低周疲劳(low cycle fatigue, LCF)、高周疲劳(high cycle fatigue, HCF)以及高低周复合疲劳(combined cycle fatigue, CCF)[1-9]。作为超超临界汽轮机组的关键大型部件,例如汽轮机转子在高温运行过程中除了承受引起蠕变损伤的蒸汽压力、离心力等载荷外,还有机组启停过程中温度或大幅度负荷变化引起的低周疲劳载荷[10-11],以及由例如自重、惯性等引起的高频振动载荷[2,12-13]。几种载荷相互叠加交互会引起汽轮机转子表面开裂,机组的寿命会大幅下降。在传统的寿命设计中,通常将由温度场引起的低周疲劳损伤和由振动等因素引起的高周疲劳损伤分别考虑。虽然相对于温差引起的大幅值低周疲劳载荷,高频振动的载荷幅值很低并且可控,然而当高频振动与低周疲劳载荷交互时,材料寿命会大幅降低[1-6]。因此,对高低周复合载荷下材料疲劳损伤特性研究,可以为发挥设备零部件最大潜能或者避免设计余量不足而带来的极大不安全隐患提供理论依据。为了准确描述和预测高温部件复杂蠕变疲劳交互作用下的寿命问题,复合高频振动载荷成为继恒温低周疲劳、变温低周疲劳(thermomechanical fatigue, TMF)等研究之后的下一个热点研究方向[2]。近年来,对高低周复合疲劳载荷下的疲劳损伤研究有了很大进展,研究问题主要集中在高低周复合载荷下的疲劳性能[7,12]、高低周复合载荷下的裂纹扩展和裂纹萌生[2,14]、高周疲劳载荷下的裂纹扩展门槛值[2]、高低周复合疲劳寿命估算和微动磨损等[2-7]，以及高周疲劳载荷频率、应变幅、平均应力[15-16]和热机疲劳的温度对寿命产生的影响等方面[1]。……