高强钛合金中的微动损伤与疲劳

本文对高强钛合金Ti-10V-2Fe-3Al在不同温度下的微动损伤和疲劳特性进行了研究。试验结果表明,该合金对微动损伤十分敏感,常温疲劳强度下降达50％。微动损伤的主要机制是疲劳脱层,这是由作用在材料次表层的交变切应力引起的,它将导致疲劳裂纹的萌生和早期断裂。疲劳裂纹的扩展方向可根据接触应力分析得到解释。在较高试验温度下,由于接触面形成的氧化层的保护作用,微动损伤程度减弱。     

燕尾榫连接结构微动疲劳全寿命预测方法

微动损伤使航空发动机榫连接结构疲劳寿命显著降低。以钛合金Ti-6Al-4V燕尾榫连接结构为例，提出一种适用于复杂结构微动疲劳全寿命预测方法。基于修正的Manson-McKnight方法和多轴疲劳理论，疲劳损伤参数由等效应力参数（ESP）表征，微动疲劳裂纹萌生位置和成核寿命通过有限元分析（FEA）和ESP预测。基于断裂力学理论和最大周向应力准则，提出微动疲劳裂纹扩展数值模拟方法，建立微动疲劳扩展寿命与裂纹长度函数关系，依据裂纹终值长度预测微动疲劳扩展寿命。结果显示:钛合金Ti-6Al-4V燕尾榫连接结构微动疲劳裂纹扩展角预测值与实验值均为18°，裂纹生长方向预测值与实验值相符；微动疲劳全寿命（成核寿命+扩展寿命）预测值在实验值的2倍分散带内；最大拉伸载荷对榫连接结构的微动疲劳全寿命影响显著，在相同应力比下，最大拉伸载荷从18 kN变化到24 kN，钛合金Ti-6Al-4V燕尾榫连接结构微动疲劳全寿命降低1个数量级。      

TC4钛合金的微动磨损及防护

对Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金在１８℃，１００℃２５０℃下的微动磨损特性及防护工艺进行了研究。表明：该合金微动磨损的主要磨损形式是疲劳脱层，其磨损量随温度升高而下降，高渐微动磨损量与磨损区表面所形成的氧化层的性质及厚度有关。     

多外力柔性微动机构输出位移求解方法

对于单个外力作用下的微动机构,柔度描述了外力与其输出位移之间的关系,是影响微动机构动态性能和精度的重要性能指标。对于多个外力作用下的情况,与之相对应的是微动机构输出位移与其多外力间的关系式。为求解该关系式,采用了柔度矩阵和刚体运动规律相结合的方法。首先,对整体进行单元划分,并求解结构中各柔性单元的端点位移与端点力之间的关系式;然后,根据各单元间的结构关系求解各不同单元端点力或端点位移间的叠加和协调关系式;最后,综合所有求得的关系式整理出输出位移与外力之间的关系式。运用该方法求解了一种微动夹持器的工作端位移,并与有限元分析软件的计算结果进行了对比。研究结果表明:该方法具有普遍适用性以及可靠的精度,能够用于一般微动机构的性能分析与优化。应用MATLAB软件对求得的关系式进行分析,获得了结构参数优化所需的理论依据。      

基于微多普勒的空间锥体目标微动分类

空间锥体目标在飞行时存在多种微动,具体可分为章动、进动及自旋,准确获取目标微动形式是弹道目标微动及结构参数估算的前提。首先分析了3种微动形式下锥体目标锥顶及锥底滑动型散射源微多普勒及其频谱分布特性,发现自旋锥体目标散射源微多普勒为0 Hz,章动锥体目标任意散射源微多普勒谱的峰值非等间距分布,进动锥体目标任意散射源微多普勒谱的峰值等间距分布。据此提出利用微多普勒阈值识别自旋、利用微多普勒谱峰值是否等间距分布识别章动和进动的分类方法。最后通过仿真说明了本文分类方法的有效性,可为空间锥体目标微动分类提供一定的参考。     

基于柔性铰链的二自由度微动平台分析及优化

为改进微动平台的动态特性,提出了一种解耦的基于柔性铰链的二自由度微动平台。首先,综合考虑倒圆角直梁型柔性铰链与微动平台的结构特点,设计了一种新型的二自由度微动平台; 其次,推导了该微动平台的等效刚度计算模型,并通过理论计算与有限元仿真分析对比,验证了理论模型的正确性; 同时探讨了各结构参数对微动平台等效刚度的影响,并进行了灵敏度对比和分析; 再次,以提高二自由度微动平台的等效刚度为目标,建立了其优化设计模型,并采用自适应粒子群优化算法对该微动平台的主要结构参数进行了优化。最后,理论计算了该微动平台的固有频率,并通过有限元仿真分析验证了其正确性。上述分析证明了该机构的可行性及有效性。      

高速旋转弹丸进动周期提取

对高速旋转弹丸的雷达回波进行处理,可以提取弹丸的进动周期.进动是弹丸平动之外的微动,弹轴围绕质心速度方向旋转对雷达回波产生微多普勒频率调制.对进动引起的微多普勒建模分析表明,散射点的径向速度是质心径向速度与进动引起的微动速度之和.利用短时傅里叶变换计算含有微动信息的散射点径向速度,然后采用分段多项式拟合获取质心径向速度.散射点径向速度减去质心径向速度可以得到微动速度.对微动速度进行时域滑窗自相关处理,可以提取弹丸进动周期.仿真分析和对弹丸实际测量数据处理表明:该方法可以有效提取高速旋转弹丸的进动周期.     

叶冠涂层材料接触刚度和微动磨损实验

采用能够测量由接触表面微动所导致迟滞现象的实验装置,对带有涂层材料的不同接触方式的实验件进行了接触刚度和微动磨损测试.通过接触刚度测试,研究了激振力幅值、激振频率和接触正压力对接触刚度的影响;通过微动磨损分析,研究接触方式和载荷条件接触表面形态的改变,以及工作时间对接触刚度的影响.通过分析和总结实验结果,阐述了干摩擦阻尼结构微动磨损的防护措施,为提高航空发动机结构部件的可靠性提供一定的理论依据和技术支持.     

基于传递矩阵法的柔性杠杆放大机构刚度分析

刚度是影响柔性微动机构动态性能和定位精度的重要指标。将工程中的传递矩阵概念引入到刚度分析中,首先根据结构特点将柔性微动机构模块化并将各子单元视为柔性体,全面考虑其轴向、剪切和弯曲等变形,求解各子单元柔性体的传递矩阵,然后通过传递矩阵将各子单元组合,最后根据力平衡建立柔性微动机构输入力和输出位移之间的关系模型。研究结果表明,传递矩阵法由于考虑了各单元的多维度真实变形,因此保证了结果的高精度。同时分析过程不需要求解刚柔单元变形协调方程,而且避免了微动机构全局坐标系的转换,减少了分析计算量。最后应用该方法建立了一种柔性杠杆放大微动机构的刚度模型,与有限元分析结果的对比误差小于6.4%,有效提高了分析精度,为参数设计提供了重要理论依据。     

微动操作手的误差分析

目前微动操作手的机构选型主要有两种形式:串联机构与并联机构.它们各有优缺点.基于优势互补的指导思想,提出了一种新颖的机构形式,即串并联机构.为了评估微动操作手结构参数误差对末端执行器位姿的影响,利用矢量分析的方法建立了安装加工误差、驱动误差与末端位姿误差之间的关系式,得出了若干对微动机构的设计、加工、安装有普遍指导意义的结论.这种分析的方法同样也可应用到其它并联或串并联机构的误差分析研究中.     

射频辉光放电法沉积类金刚石碳膜

研究了碳氢气体通过射频辉光放电沉积类金刚石碳膜。研究了射频电压和沉积时间对膜厚和维氏显微硬度的影响。此外,还进行了微动磨损试验。本实验所用的碳氢气体为C_2H_2,基体材料为TC4钛合金(Ti-6％Al-4％V)和45钢(Fe-0.45％C)。     

钛合金焊接件疲劳特性评估的当量Kt法

针对先进飞机结构广泛采用的钛合金焊接结构,提出了描述焊接件疲劳特性的当量理论应力集中系数Kt(K_te)的概念;建立了以钛合金材料疲劳性能为基础,通过一组谱载下钛合金焊接件疲劳试验来确定K_te的技术途径.以TC4钛合金氧弧焊试件为例给出了确定K_te的具体方法和结果.     

确定飞机结构WFD平均行为的寿命升降法

广布疲劳损伤(WFD)问题严重威胁飞机结构的完整性和安全性,为确定支持飞机结构广布疲劳损伤评定和维修大纲的有效性限制,需要先确定飞机结构的广布疲劳损伤平均行为。以疲劳应用统计学中强度升降法的理论为基础,提出了确定飞机结构广布疲劳损伤平均行为的寿命升降法,在不同寿命级上进行疲劳试验,继而进行剩余强度试验,判断剩余强度是否满足要求,当相邻2个寿命级上出现相反结果时,取2个寿命均值为正好满足剩余强度的寿命,重复试验并统计分析得到广布疲劳损伤平均行为。以5细节多部位损伤结构为例,采用提出的寿命升降法,测得了其在指定载荷条件和剩余强度下的广布疲劳损伤平均行为。提出的寿命升降法以疲劳可靠性为理论基础,不依赖于结构的具体形式和受载情况,对多部位损伤和多元件损伤结构均适用。      

基于脆性损伤机制的高周疲劳模型

从不可逆热力学耗散理论出发,建立了一个高周疲劳各向同性连续损伤力学模型.与基于延性损伤机制的Lemaitre模型不同,本模型基于脆性损伤机制.它成功地将高周疲劳损伤纳入到统一的热力学框架之内.其损伤演化律考虑了应力比 R的影响.利用本模型,根据对称循环下(R=-1)的高周疲劳SN曲线,可以导出具有任意应力比R的 log S log N 曲线.模型应用于LC9高强度铝合金光滑试件的试验分析,理论计算与实验结果比较,符合良好.     

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.     

机件服役载荷的断口反推

在ＬＹ１２ＣＺ铝合金板材的恒幅和变幅加载疲劳试验基础上，结合图象处理和计算机技术，导出了一种新的由断口反推机件服役载荷的反推法，并将反推结果与实验数据作了比较。同时对影响反推精度的有关参数进行了重要度分析。利用该反推法可以获得包含载荷顺序效应在内的机件有效载荷谱。