充液管路固有频率试验与计算分析

为验证用有限元法计算充液管路固有频率特性的有效性,实现充液管路振动特性仿真,分别采用有限元分析和试验测试手段,对充液管路固有频率进行了试验和计算分析。对自由状态的空管、填充滑油和填充燃油三种状况的管路应用锤击法进行了振动测量,同时用ANSYS有限元分析系统对这三种状况管路固有频率进行了计算。通过计算与试验,分析了不同管径、不同管材、流体压力和流速、温度等因素对固有频率的影响,特别是得到了充液管路对比空管的固有频率下降规律,构建了考虑充液等因素的航空发动机管路固有频率计算模型。      

面向可靠性设计的发动机材料超高周疲劳强度估计方法

提出了一种面向可靠性设计的四参数随机疲劳极限模型,可针对小样本数据实现超高周疲劳（VHCF）应力-寿命（S-N）曲线处理。通过对航空用钛合金常规样本数超高周疲劳数据的拟合分析和对比验证了模型的准确性。同时,以某型航空发动机压气机叶片用TC17钛合金为研究对象,分别对室温（RT）和400 ℃小样本超高周疲劳数据进行了处理,得到了典型置信度和可靠度条件下的超高周疲劳强度估计值。结果表明：本文提出的四参数随机疲劳极限模型,能够通过少量的长寿命区试验数据获得材料超高周范围内发动机设计所需的疲劳强度估计值;相较于常用的升降法,基于本模型进行试验安排可大幅降低68%的试验量,为发动机材料的超高周疲劳强度评价提供方法支持。     

飞机燃油管路功能可靠性及其灵敏度分析

基于哈根-伯肃叶公式,建立了考虑各种流动损失的飞机典型燃油管路系统的失效模型,采用蒙特卡洛法进行可靠性建模,在考虑管长、管直径和液体密度等参数随机分布的基础上,利用该模型分析了不同飞行状态下和使用不同渐扩管时飞机燃油管路系统的功能可靠性。并利用蒙特卡洛法对燃油管路的功能可靠性灵敏度进行了分析。研究结果可为飞机燃油管道系统设计和评估提供依据。     

化学热处理对40Cr钢表象疲劳极限影响的定量化研究

选用40Cr结构钢制备光滑试样和缺口试样(Kt=2.4),经调质并采用氮化进行表面强化。在旋转弯曲疲劳试验机和扭转疲劳试验机上测定氮化和未氮化试样在应力比R=-1条件下5×106循环周次的表象疲劳极限。试验结果表明,氮化后疲劳缺口敏感系数q趋近0,本文用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论对此作了合理清晰解释。氮化使光滑试样的表象疲劳极限提高36%,使缺口试样的表象疲劳极限提高96%,并将疲劳裂纹源从表面"挤到"次表面层。在试验研究和理论分析的基础上,从疲劳性能方面提出了表面强化工艺的优化判定准则:若表面强化后疲劳裂纹源位于表面强化层下基体,或者其表象疲劳极限达到按"表面/内部疲劳极限概念"预测的数值,则此表面强化工艺已达到优化。     

高性能玻璃纤维增强树脂基复合材料拉-压疲劳行为

对LTX1240玻璃纤维/环氧复合材料开展拉-压疲劳试验,绘制S-N曲线进行疲劳寿命预测,利用扫描电镜观察疲劳试样断口形貌,分析其在拉-压循环载荷作用下的失效模式。结果表明:LTX1240玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的条件疲劳极限为278 MPa;失效过程为树脂基体最先破坏,接着界面分层乃至纤维拉伸、剪切破坏,它们相互作用形成了弥散损伤区并据此扩展发生材料断裂。     

钛合金超高周疲劳性能试验研究

采用ANSYS软件进行模态分析和谐响应分析,确定钛合金(TC17)试样尺寸和试验加载频率。利用弯曲疲劳试验系统进行试样在室温20kHz条件下的超高周疲劳试验。通过分析试验数据,计算得到p-S-N曲线,发现在大于107循环时,试样不存在传统意义上的疲劳极限。运用Paris模型从理论上计算得到钛合金(TC17)试样裂纹扩展寿命,发现其不超过中值疲劳寿命的2.1%。     

C/SiC复合材料紧固件拉-拉疲劳行为研究

为了研究C/SiC复合材料紧固件的拉-拉疲劳行为,在疲劳应力比为0. 1、加载频率为10 Hz的条件下对不同应力水平的疲劳寿命进行统计。采用断口分析和金相分析方法对C/SiC复合材料螺钉疲劳破坏的细观机制进行了研究。结果表明:C/SiC复合材料螺钉拉-拉疲劳包含拉断疲劳及拉脱疲劳两种失效形式;基于双参数幂指数形式的寿命模型,两种失效形式的疲劳寿命经验公式相似;C/SiC复合材料螺钉的疲劳极限约为拉伸强度的65%～70%,若最大疲劳应力大于0. 7σmax,其材料损伤随循环次数增多而明显增大。     

TC4钛合金外物损伤疲劳极限及预测研究

为研究外物损伤对航空发动机TC4叶片高周疲劳极限的影响，以模拟叶片为研究对象，采用空气炮法，预制不同工况下钢球冲击模拟叶片前缘外物损伤，为获得损伤叶片的疲劳极限，对损伤叶片开展了高周疲劳试验，在此基础上，通过有限元仿真探究了缺口残余应力分布对疲劳裂纹的萌生以及疲劳极限的影响，最后通过修正Peterson公式对叶片疲劳极限进行预测研究。结果表明，冲击所造成的缺口尺寸随冲击能量的增大而增大；叶片的高周疲劳极限随冲击能量增大而降低，其中缺口深度对疲劳极限的影响较大；缺口底部残余拉应力可能对叶片疲劳极限有一定影响；Peterson公式对疲劳极限进行预测所得结果误差较大，修正后预测结果误差从-30%～30%降至-15%～15%。     

随机变幅载荷下结构疲劳可靠性分析——RDCDR模型

通过对恒幅载荷下疲劳应力幅与寿命之间的S-N关系的随机化处理,在Miner线性累积损伤理论下,建立了一种用于随机变幅载荷下结构疲劳可靠性分析模型(RDCDR模型)。模型中的各参数由恒幅疲劳试验数据采用最大似然法确定。采用Monte—Carlo法对模型求数值解。举实例说明了模型的应用。     

施加轴向力的旋转轮盘低循环疲劳试验

为满足配装某型飞机的发动机在外场使用的需要,利用传统安全寿命法对航空发动机轮盘进行了低循环疲劳试验.通过有限元方法计算轮盘在发动机工作条件下的应力状态,结合失效分析,确定了轮盘的关键部位和相应的标准循环.针对该轮盘的应力状态受轴向力影响大的特点,运用类比法确定了试验参数,设计的试验装置实现了在旋转条件下对轮盘施加轴向力.研究表明:轮盘关键部位的确定不仅与应力水平有关,还与结构和失效模式有关.试验设计须考虑轴向力对轮盘应力状态产生的影响.试验装置通过调节油量控制轴向力,可同时满足不同试验参数的新盘和外场使用盘的需要.     

航空管路补偿器耐久性计算方法对比分析

本文研究了管路补偿器补偿位移疲劳寿命和耐久振动寿命的有限元分析计算方法。通过对某型管路补偿器有限元仿真计算结果和传统工程计算法计算的结果进行对比分析，研究管路补偿器补偿位移疲劳寿命的有限元计算方法，探索耐久振动寿命的有限元计算流程，并将结果同试验数据对比，以验证其设计方法的计算精度。结果表明，补偿位移的疲劳寿命有限元法的计算精度优于工程设计法；耐久振动寿命有限元法能够给出确定的振动应力分布情况，并预测出耐久振动寿命时间，工程设计法仅能计算出管路补偿器的自振频率，不能明确振动应力和寿命。     

TC4激光选区熔化/同轴送粉成形连接的力学性能研究

对TC4选区熔化/同轴送粉成形连接件的拉伸性能和疲劳性能进行研究。通过对比不同线能量密度参数下拉伸试验数据,得到线能量密度对TC4成形连接件拉伸性能的影响规律。通过对比相同应力水平下成形连接件与母材的中值疲劳寿命和疲劳极限,获得成形连接件相对母材疲劳特性的衰减程度。采用当量Kt法对成形连接件的疲劳性能进行表征,得到成形连接件的当量应力集中系数Kte。通过对比TC4成形连接件与TA154种焊接工艺的(Kte)50,发现较焊接工艺成形连接工艺,具有更优的疲劳特性。     

TC17钛合金超声喷丸强化残余应力场分析

为探究TC17钛合金超声喷丸强化残余应力场分布状态,基于ABAQUS/Explicit建立了超声喷丸振动系统,结合仿真与试验结果分别探究了0.15 A与0.25 A喷丸强度下TC17钛合金试样的应力场、表面形貌和应变层分布状态。两种喷丸强度下,残余压应力最大值均处于次表面区域。在表面残余应力均值、次表面残余压应力最大值、残余应力层深度方面仿真数值与试验结果差异较小,整体偏差小于15%。随着喷丸强度增加,施密特因子集中分布范围有降低的趋势。0.25 A喷丸强度下应变层与残余压应力层深度分布相近,分别较0.15 A喷丸强度下的深度值提升57.1%与53.3%。高周疲劳结果表明,相比0.15 A喷丸强度,0.25 A喷丸强度下疲劳极限提高4.7%,两种喷丸强度下疲劳寿命均达到10⁷次循环。残余压应力层深度在高载荷低循环下作用较小,在低载荷高循环下对裂纹萌生的抑制作用增加,较高的表面残余压应力及较深的残余压应力层深度对抑制残余拉应力引起的疲劳失效效果更显著。     

TA15合金低周疲劳性能研究

以TA15合金为例,介绍了在给定置信度和存活率的情况下,确定其对称循环疲劳极限的方法,并给出了计算该材料疲劳极限实际存活率的一般性方法。通过对飞机结构材料TA15合金在 25℃, 250℃条件下的低周疲劳性能的研究,获得了中值和置信度γ=95%,存活率P=99 9%的低周疲劳数据,以及表征该材料特性的应变 寿命曲线,循环应力 应变曲线和各应变疲劳参数。     

高压涡轮盘疲劳载荷分析与试验

针对航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命受交变热应力影响的问题,对某型高压涡轮盘服役过程的温度场变化情况进行 了研究。根据某型发动机高压涡轮盘试车过程中实测的随时间变化的温度分布,采用有限元方法分析了轮盘温度变化对不同考 核部位应力水平的影响,对发动机工作状态下各考核部位的循环应力进行了计算。制定了试验方案,设计了试验装置,在旋转试 验器上进行了涡轮盘在高温状态下的低循环疲劳试验,按照安全寿命法确定了盘心和螺栓孔部位的安全寿命。结果表明：温度变 化对轮盘考核部位应力的影响明显,瞬态温度沿径向呈“V”型分布,导致螺栓孔部位应力水平比稳态温度分布下的提高了25.9%, 使其成为涡轮盘的限寿部位;轮盘失效模式为低循环疲劳破坏,裂纹起源于螺栓孔的6、12点钟方向,沿径向扩展导致轮盘失效。     

TA11钛合金超高周疲劳行为

利用常规疲劳试验方法获得TA11合金在不同温度,不同应力比下的3×10~7及1×108超高周疲劳极限,并采用三参数幂函数法获得合金超高周疲劳中值S-N曲线及其描述方程。研究发现:与传统1×10~7疲劳极限相比,TA11合金的超高周(3×10~7及1×108)疲劳强度表现出继续降低的趋势,这一趋势在负应力比(R=-1)下不太明显,在正应力比(R=0.1,0.5)下十分显著,并且室温下的降低幅度大于高温下的降低幅度;断口分析表明,室温下TA11合金试样的超高周疲劳裂纹均萌生于表面,高温下TA11合金试样的超高周疲劳裂纹萌生方式与应力比有关,R=-1和0.1时疲劳裂纹萌生于表面,R=0.5时疲劳裂纹萌生于内部;TA11合金试样的表面状态是导致其疲劳寿命分散的主要原因。     

某型飞机新旧座舱盖有机玻璃的疲劳性能研究

对某型飞机新成型座舱盖及使用后座舱盖有机玻璃的疲劳性能进行了试验研究.利用升降法试验得到了指定目标寿命下两种不同情况有机玻璃的条件疲劳极限,利用三参数法拟合得到了两种情况有机玻璃的S-N曲线.对新成型座舱盖及使用后座舱盖有机玻璃的疲劳性能进行了对比分析.对比分析的结果表明,与新成型座舱盖相比,使用后座舱盖有机玻璃的疲劳性能没有显著下降.     

单轴非线性连续疲劳损伤累积模型的研究

首先在连续疲劳损伤理论的基础上,根据疲劳损伤过程中金属材料韧性的变化特点,建立一种新的非线性疲劳损伤累积模型。该模型考虑了疲劳极限、平均应力以及损伤参量与加载参数的不可分离的特点,并且能够反映出加载顺序的影响。然后推导出该疲劳损伤累积模型在多级加载下的递推公式。经３种金属材料的疲劳试验数据验证结果表明,用该模型预测疲劳寿命,其结果令人满意的。     

高周疲劳曲线的等效应力法

对散点法试验获得的高周疲劳数据,提出了用等效应力法处理中值S-N曲线、用修正的三参数幂函数法或修正的等效应力法处理统计值P-S-N曲线的方法。该方法与用传统的标准方法试验和数据处理相比,不仅可节省试样,而且还可以通过模型内插获得未曾试验应力比下的S-N曲线,更适于工程应用。     

TMF本构和寿命模型:从光棒到涡轮叶片

针对空心涡轮叶片，发展了考虑瞬态变温效应的热机械疲劳（TMF）本构模型和寿命预测方法。第一，以某涡轮叶片用定向凝固合金DZ125为对象，开展了光棒、缺口TMF试验，结合已有的高温疲劳试验数据，获得了相位、温度范围、应力集中等因素对TMF寿命影响规律；第二，利用材料微观组织分析手段，揭示了导致光棒和缺口TMF失效的疲劳裂纹萌生机理；第三，借助于Chaboche本构模型，进行了各向异性、变温、蠕变损伤修正，建立了考虑变温效应的循环-蠕变本构模型，实现了DZ125合金拉伸、等温循环、蠕变、疲劳-蠕变以及TMF应力应变响应的统一建模和预测；第四，发展了疲劳-蠕变-氧化损伤累积的TMF寿命模型，利用简单纯疲劳和蠕变基础数据获得了寿命模型参数，并进一步发展了名义应力法预测了缺口模拟件的TMF寿命；最后，以某涡轮叶片为对象，进行了模拟飞行载荷谱条件下的瞬态变形响应计算和叶片TMF寿命预测。