非耦合韧性断裂准则及其在航空金属材料中的应用

结构轻量化是航空航天和汽车领域的重要发展趋势,对以铝合金、镁合金和钛合金为代表的轻质高强金属材料的需求与日俱增。预测材料的损伤断裂行为是高性能航空构件成形工艺设计和服役性能评估的关键,而发展先进的韧性断裂准则是其主要途径。本文首先介绍了金属材料损伤断裂的微观机制,包括剪切和压缩应力主导的剪切型断裂、拉应力主导的拉伸型断裂及复合型断裂。回顾了韧性断裂准则的研究现状,传统非耦合韧性断裂准则的发展历程、特点和适用场合,重点论述了近年来几种典型的非耦合韧性断裂准则的特点和优势。传统的非耦合韧性断裂准则通常只考虑最大主应力或平均应力对损伤断裂的影响,忽略了偏应力的作用,不适合于低应力三轴度或复杂应力状态下的断裂行为预测;而新的韧性断裂准则综合考虑应力三轴度和罗德角参数对损伤演化的共同影响,适用于复杂的应变路径和应力状态。最后,评述了非耦合韧性断裂准则在铝合金、镁合金和钛合金等航空金属材料中的发展现状和典型应用,展望了韧性断裂准则的发展趋势和研究方向。非耦合韧性断裂准则需针对先进结构金属材料的变形特点,综合考虑应力状态、应变速率、温度及各向异性等对损伤断裂的作用,使其具有更好的普适性和预测精度。     

某飞机平尾对接螺栓断裂分析

简述了金属连接件断裂的几种模式和机理，详细分析了某型飞机平尾对接螺栓断裂的原因。提出了预防应力腐蚀断裂的措施。     

某活塞发动机曲轴断裂失效原因分析

针对某活塞发动机曲轴断裂故障,对断裂的曲轴从理化角度进行断裂失效分析,并利用有限元法对曲轴进行有限元建模和计算,分析了曲轴断裂失效发生的主要原因;同时对曲轴提出了改进方案,并通过试验验证,为问题的解决以及今后此类问题的预防提供了可靠的理论依据。     

42CrMo钢螺栓失效分析

某导弹发射架在进行第3次动载荷试验过程时,其上的一件42Cr Mo外六角高强度螺栓出现了断裂;通过对断口进行宏微观检查、电镜观察、金相组织检查、硬度检查及化学成分分析,确定了零件的断裂性质和断裂原因。结果表明:螺栓的断裂性质为原始裂纹引起的应力腐蚀断裂。由于螺栓在镀锌前存在原始微裂纹,造成了应力集中,并在随后的镀锌过程中出现了腐蚀现象;在试验过程中,由于弯曲应力和大气环境中氧、硫、氯、钠等腐蚀介质的共同作用,导致了螺栓的断裂。另外零件硬度值偏高,存在轻微的回火脆性,对断裂也有一定的影响。     

改性双基推进剂断裂能下限研究

为获得改性双基推进剂断裂能下限值,使用标准哑铃型试件、紧密拉伸试件和双边切口试件进行了不同拉伸速率下的单轴拉伸实验。实验结果表明:力与位移之间的关系可以反映三种试件失效形式的不同,失效形式决定了推进剂断裂能下限的获取方法。断裂能密度随拉伸速率的增大呈现出先急速上升后缓慢上升最终趋于稳定的过程。紧密拉伸试件和双边切口试件的断裂能密度明显低于标准哑铃型试件;当拉伸速率200mm/min时,紧密拉伸试件的断裂能密度小于双边切口试件,随着拉伸速率的增大,两者的差距越来越小,可将紧密拉伸试件的断裂能密度作为改性双基推进剂断裂能下限;当拉伸速率200mm/min时,紧密拉伸试件和双边切口试件的断裂能密度几乎相等,两种试件获得的断裂能密度均可作为改性双基推进剂断裂能下限。     

某型发动机第1级涡轮叶片延伸段断裂原因分析

分析了某型发动机第1级涡轮叶片延伸段断裂的原因.通过对断裂叶片的材质、热工艺、装配间隙进行复查和断口的宏观、微观分析,证明叶片延伸段断裂属于高周疲劳断裂;断裂的内在原因是延伸段靠叶背一侧第5,6孔处存在较高的应力集中,外在原因是叶冠总间隙过大,阻尼效果差.     

飞机起落架轮毂断裂机理研究

用光学金相、X光透视、断口金相及红外光谱分析技术分析了飞机主起落架轮毂断裂件的冶金铸造质量、断裂机理以及相关失效件轴承、轮轴的损伤特征 ,经实验室模拟试验再现了断裂件断口的宏观、微观形貌。确定了 ZM5 T4铸镁合金轮毂断裂性质和原因 ,为防止同类事故发生提供了可靠依据     

飞机减摆器断轴失效分析及改进设计研究

飞机减摆器是防止前轮摆振和传力的关键构件,减摆器轴断裂失效将严重危及飞行安全,使用中曾多次发生断裂.本文应用飞机疲劳断裂理论对该构件进行了疲劳强度计算和断裂原因分析,其结论与该构件的实际断口分析是相符的,属于疲劳断裂,并在此基础上提出预防断轴的措施和在减摆活塞上加装双向安全活门的改进研究建议.     

Cr12MoV钢制柱塞裂纹萌生断裂破损的原因分析

本文分析了燃油泵Cr12MoV钢制柱塞裂纹萌生断裂破损的原因,观察了裂纹断裂破损处形貌特征、显微组织和化学成分、显微硬度测量,分析了其接触疲劳韧性损伤的原因,研究消除裂纹萌生断裂破损的相关工艺方法。结果表明柱塞显微组织和综合性能得以改善和提高。     

第六届全国断裂学术会议在富阳召开

由中国航空学会、中国力学学会、中国机械工程学会和中国金属学会联合召开的第六届全国断裂学术会议于1991年4月1日～5日在浙江省富阳召开。全国68个高等院校、科研院所和厂矿企业的150多名代表参加了大会。会议论文近300篇,内容涉及断裂力学、断裂物理、环境对断裂的影响、断裂实验方法、断裂研究工程应用、材料的动态断裂及材料     

大型飞机整体壁板损伤断裂分析方法

通过对大型飞机整体壁板结构的损伤断裂特性分析,在壳体断裂力学统一计算理论框架下,将扩展有限元应用于大型飞机整体加筋壁板结构损伤断裂计算;实现了大尺寸加筋板壳结构断裂参数的精确求解;通过采用基于应力强度因子和能量释放率的三维壳体断裂准则,建立了以结构重量、裂纹扩展长度和壳体剩余寿命等多参数设计目标的大型飞机整体壁板损伤断裂分析方法,以及综合考虑壁板厚度、加筋截面面积和间距的参数优化方法,并给出了工程试验件的设计与验证结果。     

弹射座椅火箭包螺杆断裂失效分析与研究

本文对弹射座椅某型火箭包带杆燃烧室盖螺杆断裂失效现象、安装位置和作用进行了简要介绍,对可能造成螺杆断裂的各主要因素进行了系统排查、分析和验证,并最终找准了螺杆断裂的机理,并准确定位,制订了有效预防和杜绝措施,起到积极的警示、指导和借鉴意义。     

某型航空发动机引接管断裂故障分析

对某型航空发动机引接管的断裂故障进行了分析。对故障件进行了外观检查、断口分析、解剖分析及金相分析,分析了其断裂性质和原因。结果表明:引接管断裂性质为高周疲劳,起源于2根引接管之间钎焊焊接根部的外表面,该部位的应力集中以及发动机的振动载荷是引起引接管疲劳断裂的主要原因。     

HIP-Re 组织及力学性能

采用粉末冶金热等静压技术制备了HIP-Re纯铼材料,分析了不同热处理状态对材料微观结构及室温和高温性能的影响。结果表明,热处理温度对材料拉伸性能影响较大,经1 800℃/1.5 h真空处理HIP-Re抗拉强度达到1 196 MPa,伸长率为19.1%;2 000℃抗拉强度达到69 MPa,伸长率达17%以上。粉末冶金铼的晶粒组织多为2～8μm细小等轴晶,HIP-Re断裂方式为沿晶断裂与穿晶断裂共同作用,高温断裂方式为晶间断裂与滑移断裂,在拉伸形变过程中,Re材料内部产生了大量协变的裂纹及微孔,裂纹扩展连接导致断裂。     

定向有机玻璃的拉伸断裂行为研究

研究了定向有机玻璃在不同温度下的拉伸断裂行为,探讨了定向有机玻璃拉伸行为与温度的关系.结果表明:随温度升高,定向有机玻璃的拉伸强度和拉伸模量降低,断裂伸长率增加,材料由刚而脆变得软而韧.不同温度下定向有机玻璃的断裂特征差别显著,在23℃时分层断裂特征最明显,在-55℃时主要为礼花状放射特征,而在80℃时主要为韧性断裂特征.     

铝合金壁板筋条多点对压成形失稳及断裂研究

应用多点模具对压成形铝合金整体壁板是一种新技术,如何预测和避免筋条的失稳和断裂是该技术能否用于实际生产的关键问题之一。针对铝合金壁板筋条的多点弯曲过程,提出了失稳和断裂的判定方法,应用有限元模拟和多点压弯试验进行了对比分析。结果表明,失稳和断裂判定方法能够预测筋条产生失稳和断裂的位置和时刻。基于多点模具形状调整快的特点,采用分道次成形的方式研究了压弯半径对筋条断裂和失稳的影响规律,确定了单筋条多点压弯时的极限曲率半径。模拟了复杂结构整体壁板在变路径加载条件下的失稳和断裂情况,优化了加载路径。     

作动筒密封圈断裂分析

某型飞机起落架作动筒发生漏油故障,分解后发现作动筒橡胶密封圈断裂,直接影响了飞行安全。通过对断裂的密封圈断口及表面进行观察和硬度测定,分析密封圈的失效性质及断裂产生的原因,确定了橡胶密封圈失效模式,并提出了纠正措施。     

DD6单晶高温合金横向拉伸性能及其断裂行为

用籽晶法制备了DD6单晶高温合金横向试样,研究了DD6单晶高温合金在760℃,850℃和980℃下的横向拉伸性能及其断裂行为.结果表明,在上述三个温度条件下,DD6单晶高温合金垂直于[001]方向的横向拉伸性能与[001]方向的纵向拉伸性能水平相当,这表明DD6合金有优异的横向拉伸性能;760℃和850℃下的横向拉伸断裂为类解理断裂.980℃条件下的横向拉伸断裂为韧窝断裂.     

发射场厂房大门门框联接螺柱断裂分析

针对厂房大门门框与钢结构立柱联接螺柱断裂的问题,通过断口形貌观察、硬度测试等试验方法对螺柱断裂原因进行分析,试验结果表明,螺柱的断裂模式为塑性断裂,断裂螺柱性能比设计要求性能低。在此基础上,从安装和受力分析的角度进一步分析螺柱断裂的机理,为发射场关键设备重要连接件的检修检测等提供理论指导, 防止类似螺栓断裂问题的发生。     

一种韧性断裂准则中材料常数的计算模型及其应用

为确定符合板材变形规律的韧性断裂准则中的材料常数,基于传统M-K模型框架并进行修正,结合单向拉伸和平面应变试验数据,提出一种新的韧性断裂准则材料常数计算模型。利用MATLAB软件编写该计算模型的算法程序,得到应用于铝镁合金5A06-O板材的不同韧性断裂准则材料常数。同时将CL韧性断裂准则嵌入Abaqus/Explicit显示模块的用户材料子程序VUMAT。在200℃的条件下,对铝镁合金5A06-O板材在热介质胀形和充液热拉深中的断裂行为进行数值模拟,并与相同工艺参数下的试验所得结果作对比。结果表明,热介质胀形高度误差为6.2%,充液热拉深深度误差为8.5%,验证了韧性断裂准则材料常数计算模型的正确性,表明了CL韧性断裂准则在板材充液热成形中的适用性。