缝焊接头疲劳强度降低系数和寿命分散系数的研究

为了研究发动机机匣的低循环疲劳寿命，本文根据机匣的实际情况，设计了焊搭接试件，进行对１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ材料缝焊搭接接头的疲劳性能测试，并用统计分析的方法得到Ｓ－Ｎ曲线和Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线，及其缝焊接头的疲劳强度降低系数和疲劳寿命分散系数，与该材料的光滑试件对比，其结果可以看出，缝焊接头的疲劳强度大大低于光滑试件，而其疲劳寿命分散系数比光滑试件好。     

应力比对不锈钢焊接接头疲劳寿命的影响研究

针对0Cr18Ni9不锈钢薄板焊接接头，开展了高周疲劳性能测试，研究了应力比对其疲劳极限和疲劳寿命S-N曲线的影响。结果表明应力比对疲劳寿命有较大的影响，在最大应力一定的情况下，应力比越大其疲劳寿命越大。基于试验结果，得到了反映应力比影响的0Cr18Ni9不锈钢薄板焊接接头Goodman修正和Walker修正的高周疲劳寿命预测模型。模型的预估寿命和试验数据对比表明，Walker修正模型对疲劳寿命的预测结果全部处于1.0倍分散带以内，其更能反映应力比对0Cr18Ni9不锈钢薄板焊接接头疲劳寿命的影响。     

1Cr18Ni9Ti材料及焊接接头寿命分散系数研究

用概率统计方法研究了构件在成组法疲劳试验中的安全寿命和寿命分散系数 ,用单侧容限系数法计算了 1Cr18Ni9Ti材料及焊接接头的寿命分散系数 ,并对计算结果进行了讨论。     

附件机匣振动力学行为及寿命分析

附件机匣作为航空发动机的重要部件,获得其寿命指标至关重要,在对附件机匣壳体进行疲劳寿命分析时,需要充分考虑其复杂多样的工作环境以及各载荷情况。基于ANSYS Workbench有限元仿真,计算得到了附件机匣在考虑自身重力和固定约束条件、轴承载荷、温度场以及振动载荷谱共同作用时的应力响应功率谱密度。采用雨流循环计数方法并通过MATLAB编程计算得到附件机匣的疲劳寿命。结果表明:振动谱沿Z轴得到的等效应力值最大,且最大点的应力响应PSD谱中σx的总均方根值远大于其余应力。单独采用σx应力PSD谱和采用所有应力PSD谱计算得到的寿命相差仅50 min,因此可采用RMS最大的σx应力PSD谱计算附件机匣的疲劳寿命。     

疲劳寿命分散系数的确定与应用研究

疲劳寿命分散系数是评估飞机结构疲劳寿命与航空发动机轮盘寿命试验的重要技术参数之一。阐述了国内外疲劳寿命分散系数研究的成果,针对工程中实际寿命分布问题中最常见的对数正态分布和威布尔分布的形式,给出了基于试验样本最差、中值、最好及第k试验寿命的分散系数表达式;重点分析总结对数正态分布标准差和威布尔分布中形状参数的选取,同应力多危险部位分散系数研究及其随应力的变化规律;通过2个例子分析了疲劳分散系数在轮盘低循环疲劳寿命工程计算中的应用,认为疲劳寿命分散系数应在不同温度和应变比,对数正态分布标准差,同应力多危险部位,3参数的威布尔分布,工程化应用等方面开展进一步研究。     

钛合金焊接件疲劳寿命估算

基于有限单元法理论，采用ANSYS有限元分析软件，对航空发动机中常用钛合金焊接试件进行应力应变分析，得到了焊接接头的等效应力场和应变场，并确定出试件等效应力集中系数Kf，运用局部应力-应变法对光滑焊接试件估算疲劳寿命，并采用成组试验法对计算结果进行验证和分析。     

减速器机匣安装边的疲劳寿命分析

讨论了减速器机匣安装边疲劳寿命分析的方法。提出了一种安装边载荷计算方法。采用半解析有限元法计算安装边的应力 ,然后采用局部应力应变法计算疲劳寿命。给出了两个算例 ,采用本文方法对一机匣试验件安装边的应力及疲劳寿命进行了计算并与试验结果进行了比较和分析。     

基于场强法的燃烧室机匣后衬套安装座疲劳寿命预测

由于局部应力应变法存在缺陷而引入场强法,对缺口构件的疲劳寿命预测问题进行研究。给出了应力场强法估算缺口构件疲劳寿命的基本框架和分析计算步骤,通过算例对场强法重要参数场径的影响因素、应力集中系数和权函数进行了探讨,并对场强计算中的有限元网格细化问题进行了初步探讨。采用场强法和局部应力应变法对某型发动机燃烧室机匣后衬套安装座进行了疲劳寿命预测。结果表明：利用场强法预测出的寿命更接近试验结果。     

高温合金焊接接头应力分析与疲劳寿命预测

针对航空喷气发动机机匣上安装座的焊接结构, 建立了对接焊、错位对接焊、不等厚对接焊、新材料对接焊等4种焊接结构的有限元分析模型, 利用ANSYS软件进行了应力分析, 得到了4种焊接接头的应力集中系数;用“成组对比实验方法”进行了上述4种焊接结构的应力疲劳试验验证, 预测了它们的寿命区间.疲劳试件的扫描电镜(SEM)断口分析表明, 应力集中区域的焊接缺陷是影响疲劳寿命最主要的因素.      

Weibull分布定时无失效数据寿命分散系数

提出一种Weibull分布定时无失效数据疲劳寿命分散系数修正方法,定义了定时无失效数据情形下分散系数的修正系数,推导了其计算公式.定时无失效数据与完全数据截然不同,因此其疲劳寿命分散系数明显不同,从疲劳分散系数的定义出发,分别对定时无失效数据情形下基于平均寿命、特征寿命、中位值寿命、最小寿命及最大寿命的两参数Weibull分布疲劳寿命分散系数进行了修正.最后对完全数据与定时无失效数据条件下分散系数计算数值进行了对比分析,结果表明分散系数的修正充分利用了产品的寿命信息,提高了产品安全寿命的预测精度,且修正系数易于计算,便于工程应用.      

Birnbaum-Saunders分布的寿命分散系数

研究了基于Birnbaum-Saunders(B-S)分布的可靠疲劳寿命分析及评估方法,建立了基于中位值和平均值的B-S分布寿命分散系数确定方法.并针对特殊试验数据情形,建立了基于最大和最小顺序统计量的B-S分布寿命分散系数确定方法.公式表明:随着B-S分布尺度参数的增大,其中位寿命分散系数与平均寿命分散系数递减,而最大与最小寿命分散系数不变.案例计算结果表明,B-S分布的寿命分散系数通常小于对数正态分布的寿命分散系数.      

总应变寿命方程中疲劳参数的确定和寿命预测

总结分析了多种寿命预测方法,给出了总应变寿命方程的4个材料参数:疲劳强度系数、疲劳延性系数、疲劳强度指数和疲劳延性指数的表达形式,从而提出了一种新的具有很好物理意义、工程意义和普适性的总应变寿命方程,并以6种典型的航空材料光滑试样(TC4(室温)、TC11(室温)、TC11(500℃)、GH901(300℃)、GH901(500℃)和GH4133B(600℃))的对称循环疲劳数据进行验证,获得了很好的疲劳寿命预测结果,其寿命预测结果大都在2倍分散带以内。对比分析了多种寿命预测方法所确定的4个疲劳参数,并且分析了5种断裂真应力表达形式所确定的疲劳强度系数,发现所提出确定断裂真应力的方法获得了较好的精度,与试验值相比,不超过其误差的15%,并且准确确定断裂真应力将会显著提高对中高寿命段的寿命预测精度。      

服从威布尔分布的小子样疲劳寿命分散系数及其应用

威布尔分布是一种具有良好拟合特性的疲劳寿命分布模型。本文假设小子样疲劳试验寿命服从双参数威布尔分布．基于顺序统计量理论，给出了对应于最小和最大寿命的分散系数计算公式。作为应用算例，采用本文计算公式评估了某风扇轮盘的安全寿命。结果表明：应用本文计算公式得到的分散系数与文献[2]吻合良好，分散系数对形状参数的变化比较敏感：由本文疲劳寿命分散系数计算公式得到的安全寿命偏保守。     

基于试验极值信息的寿命分散系数法

提出了基于试验极值信息的寿命分散系数计算公式及确定技术寿命的方法。推导了基于最差、最好试验寿命所得概率寿命同时成立时对数正态母体的寿命分散系数公式。计算了置信度为0.95、可靠度为99.865%、最大最小寿命比为6时的寿命分散系数。算例表明:利用方法及给出的分散系数,既可以取到较大的技术寿命,减小寿命的浪费,提高经济性;又可以保证置信度为0.95,减小了风险,提高了安全性。     

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.      

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.     

基于任意两点试验信息的寿命分散系数法

在试验数据缺失无法获得中位寿命时,为避免偶然因素导致个别试验结果偏低而造成技术寿命偏低,浪费寿命的情况,提出了基于任意两点试验信息的寿命分散系数法.推导了基于对数正态分布小子样任意两点试验信息的寿命分散系数计算公式,计算了给定置信度下相应的寿命分散系数.算例表明:利用提出的方法及相应寿命分散系数,得到的技术寿命与基于中位寿命获得的技术寿命结果接近,方法合理.最后给出了该方法的适用范围.      

基于塑性应变能的中低周疲劳概率寿命模型

由于材料、尺寸以及载荷等的分散性,涡轮盘疲劳寿命存在较大的分散性。在充分考虑材料加卸载应力、应变及应力比对疲劳寿命影响的基础上,提出了一种适用于中低周疲劳的塑性应变能概率寿命模型。该模型在考虑材料、尺寸和载荷等导致寿命分散的因素的基础上,重点考虑了循环应力应变曲线的分散性,结合根据应力比的二次插值,获得了插值范围内任意应力比下的塑性应变能损伤参量与疲劳寿命的关系。运用所提概率寿命模型结合响应面法与蒙特卡洛法对某涡轮盘螺栓孔模拟试件进行了概率寿命分析。结果显示,模拟试件的计算结果与试验结果的中位寿命仅相差022%,寿命分散系数相差581%,说明本概率寿命模型概率寿命预估精度高。      

正态分布定时无失效寿命分散系数

针对现有分散系数计算公式只适用于完全数据,以及近年来在寿命试验中大量出现的无失效数据并不适用的情况,将完全数据的寿命分散系数的概念推广到定时无失效寿命数据,提出定时无失效数据寿命分散系数方法,给出了相应的寿命分散系数计算公式.理论分析和结算结果表明,定时无失效数据寿命分散系数L_f*明显小于完全数据寿命分散系数L_f,从而能有效提高被完全数据寿命分散系数过分压低的安全使用寿命.      

基于对数正态分布第k试验寿命的分散系数法

针对发动机构件寿命试验评估中对寿命分散系数计算公式与不同取值的需求,本文导出了寿命符合对数正态分布、基于任意第k试验寿命分散系数计算公式。并给出置信度为0.95、可靠度为99.87%、母体对数正态标准差lσgN=0.13时的寿命分散系数。本文基于最差试件寿命的分散系数与已有文献一致,而基于最好试件寿命分散系数较已有文献更为合理;采用本文公式可得到任意给定置信度、可靠度、寿命分散条件下的寿命分散系数,可供工程上评估构件寿命时使用。