机群结构耐久性分析的裂纹萌生方法

为采用裂纹萌生方法(CIA)进行机群结构耐久性分析,需要综合考虑载荷谱分散和结构特性分散,但是关于综合考虑结构特性和载荷谱分散的机群寿命标准差取值应如何确定并未给出明确的方法。为此,进行了某飞机某关键结构7B04 T74铝合金模拟试件在3个单机谱下的耐久性试验,通过断口判读确定试件裂纹萌生寿命,反推得到结构细节的三参数式P-S-N曲线参数,对比分析表明载荷谱差异对P-S-N曲线参数无影响。为描述机群载荷谱分散的影响,提出了机群"当量"P-S-N曲线的概念和参数估计方法。采用疲劳分析方法确定细节裂纹超越概率,对损伤度进行评估,建立了综合考虑结构特性分散和载荷谱分散的CIA。      

基于损伤力学的含预腐蚀损伤铝合金的疲劳寿命预测

在工程结构中,腐蚀疲劳破坏是一种常见的现象,腐蚀坑处往往形成疲劳源,严重影响材料的疲劳特性。基于连续损伤力学理论,提出了含预腐蚀损伤铝合金疲劳寿命预测方法。首先,将腐蚀的影响分为2个方面,即腐蚀造成局部初始损伤和腐蚀形成的蚀坑造成局部应力集中;其次,建立了考虑预腐蚀损伤的疲劳损伤演化方程,并实现了相应的数值解法;然后,根据预腐蚀疲劳试验结果与数值计算结果,得到预腐蚀引起的材料初始损伤;最后,采用数值解法,对含预腐蚀坑的铝合金进行了寿命预估,并与试验结果进行对比,验证了所提方法的有效性。      

铝合金预腐蚀与疲劳性能灰色模型研究

利用等间隔和非等间隔GM(1,1)模型,拟合并建立了模拟加速预腐蚀后铝合金的腐蚀失重、最大孔蚀深度及疲劳强度额定值与腐蚀时间的非线性关系.结果表明:与常用的幂函数模型相比,用GM(1,1)模型能较好地反映铝合金腐蚀过程的变化趋势及其对疲劳性能的影响;无论等间隔还是非等间隔数据,GM(1,1)模型都能较好地描述,并可通过残差修正模型来提高GM(1,1)模型的精度.      

基于威布尔分布的C-T曲线通用性分析

为研究载荷谱、恒幅应力水平及裂纹尺寸对疲劳寿命预腐蚀影响系数C(T)的影响,建立了基于疲劳寿命服从威布尔分布的C(T)对比法.地面停放预腐蚀对结构疲劳寿命的影响规律可以用C-T曲线表示,当预腐蚀疲劳寿命位于长寿命段,常假定其服从威布尔分布,C(T)为预腐蚀后和未腐蚀结构特征寿命的比值.取预腐蚀疲劳寿命分布函数的形状参数为材料常数,采用极大似然方法估计特征寿命,得到其分布特性,从而建立了C(T)估计量的分布特性,构造了不同环境下的C(T)统计对比法,用于C-T曲线通用性分析. 试验数据分析表明,当取疲劳寿命服从威布尔分布时,C-T曲线与载荷谱、应力水平及裂纹尺寸基本无关.     

预腐蚀对多部位损伤发生概率的影响

针对飞机结构中存在的多部位损伤(MSD,Multiple Side Damage)问题,对预腐蚀后多细节结构MSD发生概率进行分析研究.预腐蚀条件选为3.5%NaCl溶液浸泡240 h.通过7B04-T74铝合金单细节预腐蚀-疲劳及常规环境疲劳试验,得到了预腐蚀影响系数C.确定了预腐蚀后的MSD发生概率与常规疲劳试验MSD发生概率之间的关系.建立了预腐蚀后的MSD发生概率公式.通过与试验结果对比表明:新的公式可以很好地反映试验结果.     

基于Weibull分布的疲劳加速腐蚀因子分析

考虑预腐蚀对飞机结构疲劳寿命的影响,建立了疲劳寿命服从Weibull分布的 加速腐蚀因子确定方法.假设预腐蚀疲劳寿命服从Weibull分布,特征寿命随时间呈指数规 律变化,推导得到了以疲劳寿命为腐蚀量的加速腐蚀因子表达式,以及在工程常用的时间范 围内加速腐蚀因子与腐蚀时间无关的结论;进行了相关参数估计,建立了加速腐蚀 因子的估计方法,得到了加速腐蚀因子估计量的近似分布,对其进行了统计分析.      

用时域法EIS技术研究LY12CZ 铝合金的局部腐蚀

通过周期浸泡腐蚀实验和时域法电化学阻抗谱(EIS)技术研究了LY12CZ铝合金的腐蚀损伤,用金相法测量最大腐蚀深度,用统计分析方法处理实验数据.结果表明,LY12铝合金经周期浸泡腐蚀试验后,低频阻抗倒数1/R_d符合Gumbel分布,1/R_d随腐蚀时间变化的动力学曲线呈S形,该曲线分成点蚀和剥蚀两个阶段,点蚀阶段符合Sigmoidal曲线关系,剥蚀阶段符合线性关系.1/R_d与最大腐蚀深度在空间统计分布和腐蚀动力学规律两个方面都有一致性,因此可以用1/R_d表征腐蚀损伤程度.由此可见,时域法EIS技术可作为一种快速、无损、定量的腐蚀评估手段.      

腐蚀环境下疲劳分析的DFR方法研究

将腐蚀对结构件疲劳寿命的影响当量转化为对细节疲劳额定值DFR的影响,建立了腐蚀条件下疲劳分析的DFR方法.通过对标准S-N曲线方程的变换,得到了DFR的腐蚀当量折算系数与腐蚀对疲劳寿命的影响系数之间的关系,并研究了其中的参数对当量折算系数的精度的影响,从而给出了由疲劳试验确定当量折算系数的方法.基于地面停放预腐蚀和空中飞行腐蚀疲劳对疲劳寿命的影响相互独立的假设,得出了当量折算系数对预腐蚀和腐蚀疲劳的分解方法.      

DFR腐蚀影响系数及其试验测定

为使腐蚀环境下民机结构疲劳分析的细节疲劳额定值(DFR)方法具有更广泛适用性,对DFR腐蚀影响系数与腐蚀环境的关系进行了研究,将DFR的腐蚀影响系数分解为地面停放腐蚀影响系数和空中腐蚀疲劳影响系数,建立了地面停放腐蚀影响系数与地面停放腐蚀时间的关系,以及空中复杂综合环境腐蚀疲劳影响系数与单一介质环境腐蚀影响系数的关系.通过试验测定了各种典型情况的DFR腐蚀影响系数,试验结果说明DFR腐蚀影响系数随着地面停放腐蚀时间的增加和环境腐蚀性的增强而降低,腐蚀疲劳的影响较停放腐蚀的影响更严重.分析实例具体说明了腐蚀条件下DFR方法的具体步骤和所需数据,并体现出疲劳分析中计及腐蚀影响的必要性.      

腐蚀条件下民机结构疲劳寿命评定方法研究

提出了考虑腐蚀环境影响的民机结构疲劳寿命评定方法.根据腐蚀条件下民机结构使用特点,将其使用过程简化为独立的地面停放与空中环境预腐蚀和空中腐蚀疲劳过程,综合考虑上述影响因素,建立腐蚀影响系数曲线,采用疲劳损伤当量折算方法,对一般环境下的疲劳寿命结论进行修正,可以有效地进行腐蚀条件下民机结构疲劳寿命评定.     

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采用腐蚀条件下的细节疲劳额定值(DFR)方法对民机机身典型长桁机加接头结构进行了综合环境下的疲劳分析.结合分析过程,给出了由细节模拟试件试验得到的DFR腐蚀影响系数确定结构综合环境的DFR腐蚀影响系数的方法,并采用民机机身长桁机加接头部位模拟试件,完成指定使用情况所对应的预腐蚀-腐蚀疲劳交替验证试验.试验结果与分析结果的对比表明,结果基本一致,综合环境下疲劳分析方法可行.     

民机结构腐蚀条件下疲劳寿命评定与试验验证

针对民机结构典型疲劳关键部位——机翼弦向对接部位,进行了腐蚀条件下民机结构疲劳寿命评定方法合理性的试验验证,评定了该部位腐蚀条件下疲劳寿命.通过关键部位细节模拟试件加速预腐蚀及随后的一般环境下疲劳试验,测定了预腐蚀影响系数曲线;通过腐蚀疲劳试验测定了腐蚀疲劳影响系数;通过关键部位大型结构模拟试件预腐蚀-腐蚀疲劳交替验证试验,测定了典型使用情况下的腐蚀综合修正系数,同时用腐蚀条件下民机结构疲劳寿命评定方法针对交替试验情况进行了评定,结果对比表明该评定方法是合理、可行的.并给出了机翼弦向对接部位典型使用情况下的疲劳寿命评定结论.      

基于涂层传感器的金属结构疲劳裂纹监测

针对飞机金属结构在服役过程中的裂纹扩展实时监测需求,提出一种现代表面技术与电位法原理相结合的疲劳裂纹监测研究方案.在结构易出现裂纹的热点部位制备了一种具有绝缘隔离层、导电传感层和封装保护层3层结构的裂纹监测涂层传感器.然后进行了疲劳裂纹监测试验,结果表明:通过分析涂层传感器电阻(电位)的变化可以实现对2A12-T4铝合金连接结构多个部位的裂纹同时进行有效监测.此外,还对表面制备涂层传感器的试样与原始试样的疲劳特性进行了对比研究.结果表明:应用现代表面技术在2A12-T4铝合金表面制备涂层传感器,对其疲劳性影响甚微.     

航空铝合金材料腐蚀裂纹扩展性能试验

腐蚀环境下的裂纹扩展性能是航空金属结构损伤容限设计的重要前提,为此,试验测定了3种航空铝合金材料(即2E12-T3、2E12-T42和7050-T7451)在2种腐蚀环境(3.5wt%NaCl溶液和油箱积水)下的裂纹扩展性能,在试验数据的基础上进行性能对比,并对试样断口进行SEM分析,研究了腐蚀和载荷联合作用对裂纹扩展的影响机理,研究结果表明:油箱积水环境对航空铝合金材料裂纹扩展的影响比3.5wt%NaCl溶液严重,铝合金2E12-T3和2E12-T42的腐蚀裂纹扩展性能优于铝合金7050-T7451,腐蚀环境下的氢脆效应和阳极溶解机制是造成腐蚀裂纹扩展加速的主要原因。     

基于涡流阵列传感器的金属结构疲劳裂纹监测

针对飞机金属螺栓连接结构疲劳裂纹实时监测的需求,提出了一种基于柔性平面涡流阵列传感器的飞机金属结构疲劳裂纹监测方案,通过半解析建模对传感器的工作特性进行了研究,搭建了监测系统并通过试验对方案可行性进行了验证.半解析模型结果表明传感器感应通道与激励通道的相位差和幅值比随提离距离及被测试件电导率的变化曲线具有单调性,且幅值比变化大,敏感度高.程序载荷谱作用下2A12-T4铝合金试件疲劳裂纹监测试验结果表明:将各通道幅值比变化曲线中的拐点作为特征点,传感器通道1能对累积损伤进行监测,通道2,3,4能对疲劳裂纹扩展长度进行定量监测,监测精度达到1 mm.所提出的柔性平面涡流阵列传感器能够实现对疲劳试件从累积损伤到疲劳裂纹扩展整个寿命周期的监测.