飞机结构关键件设计改进后的疲劳寿命评定技术

 结合某型飞机重要疲劳关键件起落架梁设计改进后的寿命评定，建立了在不进行全尺寸试验的情况下，对设计改进结构进行寿命评定的方法。即在结构改进前后关键疲劳薄弱部位细节应力分析的基础上，通过该疲劳关键部位的模拟试件在改进前后应力谱下的寿命分析和疲劳对比试验，综合评定结构改进后的寿命增加系数，参照改进前该结构的全尺寸疲劳试验结果，确定设计改进后该关键件的疲劳寿命。用上述方法完成了对某型飞机重要疲劳关键件起落架梁改进后的寿命评定，其结果也应用到了该型飞机结构的定延寿。     

装配公差对结构疲劳可靠性寿命的影响

针对工程制造中的紧固孔超差问题,根据飞机典型部位的结构连接形式,设计三组不同紧固孔直径的疲劳对比试验,得到了这三组试验件的对数均值寿命和标准差.通过疲劳分散系数和结构对数寿命标准差的推导,研究了装配公差增大对连接件疲劳可靠性寿命的影响,得到了装配公差允许的额外增大量与给定载荷条件下结构对数寿命标准差σs的关系,并在疲劳...     

疲劳关键件加速腐蚀因子可靠性分析

针对腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命分析和评定问题,对疲劳关键件加速腐蚀因子进行了研究。以疲劳寿命作为疲劳关键件的腐蚀量,定义加速腐蚀因子为疲劳寿命相等时的服役时间与加速时间的比。假定疲劳寿命服从对数正态分布、疲劳寿命随腐蚀时间呈指数变化,推导得到了加速腐蚀因子的表达式以及加速腐蚀因子与腐蚀时间无关的结论;得到了加速腐蚀因子估计量的分布,对其进行了可靠性分析。并进行了典型结构模拟试件大气暴露和试验室加速腐蚀因子的可靠性分析。     

关于实现CCAR-23部疲劳评定要求的设计准则与验证符合性的试验方法

在概述新版CCAR-23部疲劳评定要求的基础上，对实现评定要求的设计准则与验证评定要求符合性的试验方法作了探讨。明确了评定要求不是针对定寿，而是用于保证安全，但必须在定寿基础上开展评定。对涉及飞枳．机．体与起落架结构的安全寿命设计、疲劳设计及耐久性设计准则，疲劳试验、耐久性试验及裂纹扩展寿命与剩余强度试验方法作了论述。同时，对疲劳寿命分散系数的确定作了说明。可供新型飞机研制开展疲劳评定参考，并为制定全尺寸飞机机体与起落架结构试验方案提供理论依据。     

飞机长寿命设计与评定技术研究

简述了某型教练机长寿命设计与评定技术。在设计各阶段对飞机结构进行抗疲劳耐久性细节设计与研究,严格控制结构设计细节;在寿命评定阶段通过载荷谱飞行实测而编制出真实可靠的载荷谱,进行疲劳/损伤容限分析、全尺寸疲劳/损伤容限试验,验证了某型教练机达到了8000飞行小时的寿命指标。所取得的技术成果,为今后的长寿命飞机研制提供了技术支持。     

涡轮叶片-榫头-轮盘的蠕变与低循环疲劳寿命预测

为获得小型涡扇发动机的涡轮转子结构的预期寿命,通过对涡轮叶片-榫头-轮盘结构进行一体化建模,利用经典寿命预测方法对其蠕变持久寿命与低循环寿命进行了预测。首先,分析了各部位温度分布和应力-应变分布,确定寿命关键点,利用Larson-Miller方程计算叶片的蠕变持久寿命,然后采用Manson Coffin方程计算整个结构的低循环疲劳寿命。计算结果表明,由于载荷剖面下的工作温度较低,叶片的蠕变损伤极小,而由于榫头/榫槽部位存在应力集中,其低循环疲劳预期寿命仅有102次循环。     

结合损伤力学与有限元方法预估铆接结构疲劳寿命

利用飞机铆接试验件疲劳试验数据,结合损伤力学与有限元方法,通过MATLAB调用ABAQUS进行损伤演化方程参数的遗传优化反演。将反演得到的损伤演化方程用于飞机结构疲劳寿命预估中,对机翼蒙皮锪窝形式的铆接结构进行了寿命计算和分析,并与试验数据作对比,证明了方法的可行性。     

异性材料对接和搭接焊的高温性能对比试验研究

通过对K163-GH3030材料对接和搭接焊进行高温瞬时拉伸、高温疲劳寿命试验，得出该对接和搭接焊接头的S—N曲线，举例评定了构件的疲劳寿命，比较分析了对接焊与搭接焊疲劳寿命的差异。指出了在承力结构中应该尽量避免搭接焊。     

含多裂纹结构的概率损伤容限评定方法

将概率断裂力学理论与损伤容限／耐久性设计方法有机地结合起来,考虑结构初始疲劳裂纹尺寸及其扩展过程的随机性,建立了裂纹相互独立条件下的多裂纹结构的全寿命概率损伤容限评定模型,并成功地运用于机翼主梁的可靠性评定,给出指定疲劳寿命下的安全可靠度或指定安全可靠度下的安全疲劳寿命。     

气孔缺陷对TA15 钛合金氩弧焊接头疲劳性能的影响

对TA15钛合金氩弧焊接接头的组织和疲劳断裂特征进行了分析,对气孔缺陷和疲劳寿命的关系进行了定量表征.结果表明:疲劳裂纹起源于焊缝的亚表面或者内部气孔缺陷,当气孔尺寸较小时,断口会出现“鱼眼”形貌特征;应力水平较低时,气孔尺寸对疲劳寿命的影响尤为显著,在特定的应力水平下,可以通过构件中的气孔缺陷尺寸来预测其寿命,对于焊接结构疲劳寿命的预测和构件焊接质量的评定具有重要的工程意义.     

确定总应变寿命方程参数的一种方法

为了使总应变寿命方程能够在较大寿命范围内具有理想的预测精度且其参数物理意义明确,基于总应变寿命方程中疲劳强度系数与疲劳延性系数的物理意义,建立了总应变寿命方程参数与单调拉伸强度极限和断面收缩率之间的关系,并结合TC4,GH4169及GH901合金的单调拉伸及疲劳试验数据,对其各自的总应变寿命方程参数进行了拟合,进而开展了疲劳寿命预测.结果表明:采用该方法确定的总应变寿命方程参数具有明确的物理意义,且对TC4,GH4169及GH901合金的疲劳寿命预测结果较为理想,其分散带基本在2倍以内.      

确定总应变寿命方程中指数的一种方法

在由材料的单调拉伸强度极限和断面收缩率确定总应变寿命方程中疲劳强度系数和疲劳延性系数的基础上，考查了利用材料在两个不同应力幅下的疲劳试验数据和单调拉伸延伸率来确定总应变寿命方程中疲劳强度指数和疲劳延性指数的一种方法，给出了只需较少的疲劳试验数据和单调拉伸力学性能参数即可确定材料的总应变寿命方程中全部4个参数的分析流程，并利用航空发动机中常用的钛合金和镍基合金材料的疲劳试验数据对该方法进行了验证，结果表明该方法所确定的总应变寿命方程对所考查的材料大多数情形的疲劳寿命预测结果较为理想，基本在3倍分散带以内.      

球轴承接触疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

以线弹性力学及连续损伤力学为基础,构建球轴承接触疲劳的损伤演化方程。利用轴承钢GCr15扭转疲劳试验数据拟合得到损伤演化方程中的材质参数。通过该方程预估轴承钢GCr15的扭转疲劳寿命,其结果与试验数据吻合。采用ABAQUS有限元分析软件仿真得到6206球轴承的接触应力分布并分析了6206球轴承最大接触应力区。根据6206球轴承的载荷及应力应变状态将最大接触应力区简化为二维平面应力模型。在此基础上预估了6206球轴承的接触疲劳寿命。设计并进行了6206球轴承疲劳强化试验。轴承接触疲劳剥落都萌生于内圈,与应力仿真分析结果相契合。三个试验轴承的试验与预估接触疲劳寿命的相对误差分别为29.52%、3.03%和51.16%,验证了接触疲劳寿命预估方法的有效性。研究表明采用损伤力学预估球轴承的接触疲劳寿命是工程中可行且实用的方法。      

基于表面缺陷特征的疲劳寿命预测方法

在含表面缺陷试样的疲劳数据的基础上，提出了表面缺陷对疲劳寿命影响的尺寸参数，将其引入Walker寿命方程，建立了可以考虑表面缺陷尺寸特征的疲劳寿命预测方程。将该方程的寿命预测结果同考虑应力梯度的寿命预测方法的计算结果进行对比，两者在±3倍以内，验证了方法是准确可靠的。进而，将该方程应用于粉末高温合金涡轮盘的疲劳寿命预测中，获得了不同尺寸的表面缺陷对涡轮盘寿命的影响规律，其工程意义在于:依据涡轮盘危险位置的应力特征，能够给出存在缺陷时的疲劳寿命，可作为使用过程中的重要参考数据，一旦出现漏检的表面缺陷，也能够保证涡轮盘的安全工作。      

一种TiAl合金高温低循环疲劳性能及失效机理

通过对TiAl合金进行总应变范围控制的高温(750℃)低循环疲劳实验,研究双态(Duplex,DP)和全片层(Fully Lamellar,FL)组织形态对TiAl合金低循环疲劳性能和寿命的影响,并采用总应变幅-寿命方程对两类组态TiAl合金低循环疲劳寿命进行预测。结果表明:在相同温度和应变条件下,DP组态TiAl合金稳态迟滞回线对应的平均应力明显低于FL组态TiAl合金稳态迟滞回线对应的平均应力;采用总应变幅-疲劳寿命方程能够准确预测两种组态TiAl合金在750℃下的疲劳寿命,预测寿命基本位于试验寿命的±2倍分散带以内;另外,DP组态TiAl合金的疲劳源区位于试样的近心部,而FL组态TiAl合金的疲劳源区位于试样的次表面,两类组态TiAl合金的高温疲劳失效机理存在明显差异。     

涡轮叶片合金筏化量化表征及寿命退化研究

针对单晶/定向凝固涡轮叶片服役过程中微观组织筏化及其造成的叶片力学性能劣化问题,发展了一种基于旋转割线方法的微结构筏化参数提取方法,并提出筏化状态的量化表征因子。对不同组织筏化和粗化状态的定向凝固高温合金开展高温低周疲劳试验,建立了量化筏化状态和合金疲劳寿命退化的映射关系。结果表明:无论是粗化还是筏化都会造成合金疲劳寿命的大幅劣化,所建立的镍基高温合金筏化量化因子能够有效地表征合金疲劳寿命的衰减。     

多点裂纹起始过程的计算机模拟

在多点裂纹起始的情况下,可以观察到多个微观裂纹的萌生和早期扩展,所以宏观裂纹形成的寿命估算是比较复杂的。本文介绍一种二维计算机模型,模拟一种马氏体钢F82H的多点裂纹起始过程,损伤的累积程度通过单位面积裂纹密度表示,微裂纹萌生循环数通过Tanaka-Mura公式确定。该模型可以模拟材料的微观结构参数(如晶粒尺寸和取向)对裂纹萌生寿命的影响,给出定量的寿命估算表达式。模拟的裂纹密度和循环数的关系与试验结果符合得相当好。     

飞机结构预腐蚀疲劳曲线研究

为评估地面停放预腐蚀对飞机结构疲劳寿命的影响 ,采用二元线性回归方法建立了一种新的预腐蚀疲劳曲线幂函数表达式。该曲线的指数为常量而对数截距是预腐蚀时间的线性函数。这两个特性使得曲线形式简单 ,参数几何、工程含义明确 ,并易于工程应用。通过寿命反推建立了参数修正的三参数预腐蚀疲劳曲线 ,该曲线已成功用于飞机结构腐蚀条件下的疲劳寿命估算。     

涡轮盘低循环疲劳寿命的概率分析

疲劳寿命呈现异方差特性,其标准差随弹性应变幅和塑性应变幅的减小而增大,因此在Man-son-Coffin公式中引入标准正态变量μ和线性标准差σ_e,σ_p,将ε-N曲线参数表示为标准正态变量μ的函数,建立了低循环疲劳寿命的概率模型.针对某涡轮盘材料,在低循环疲劳试验数据的基础上应用异方差回归分析方法获得了概率模型的参数,应用该模型对涡轮盘销钉孔的低循环疲劳寿命进行了Monte-Carlo数值模拟,获到了寿命的概率分布.得到可靠度0.998 7的概率寿命与轮盘技术寿命相一致,相对误差仅为4%.该模型参数均来自疲劳试验数据的统计分析,寿命预测精度高,具有较好的工程应用前景.      

涡轮叶片高温多轴低周疲劳/蠕变寿命研究

针对航空发动机涡轮转子叶片工作环境,对Manson-Coffin多轴疲劳预测方程和SWT(Smith-Waston-Topper)公式进行修正,同时采用尚德广多轴疲劳损伤参量,给出涡轮叶片新的疲劳寿命预测方法,以适应涡轮叶片高温变幅非比例加载下疲劳损伤情况.通过算例计算了某涡轮叶片疲劳寿命及1000 h的总损伤,与叶片实际疲劳破坏相吻合,验证该高温多轴疲劳损伤计算模型的合理性和可行性.