薄板的后屈曲损伤分析与疲劳寿命预估

针对薄板在面内压缩载荷作用下的后屈曲损伤问题进行了研究,并进一步考虑屈曲与疲劳损伤的耦合作用,预估了薄板的疲劳寿命.首先建立了薄板的有限元模型,通过线性屈曲分析得到屈曲临界载荷和屈曲模态,进而采用大变形理论,将线性屈曲的一阶屈曲模态作为初始位移扰动,进行薄板的非线性屈曲分析,得到屈曲临界载荷.其次,根据损伤力学理论与方法建立了薄板材料在单次加载过程中的损伤演化方程,并根据材料疲劳试验结果进行参数识别,获取损伤演化参数.根据非线性屈曲分析结果和损伤演化方程进行了后屈曲损伤分析.最后,考虑疲劳载荷的作用,基于损伤力学理论,采用有限元数值方法求解,考虑每次加载引起的损伤与后屈曲应力应变场分析的耦合作用,通过反复迭代计算,给出了结构疲劳寿命.本研究为工程结构的后屈曲损伤分析以及考虑后屈曲损伤的疲劳寿命分析提供了一种新方法和实现手段.      

多轴疲劳寿命分析方法在飞机结构上的应用

针对飞机结构上常见的处于多轴应力应变(比例多轴)状态下的典型结构,采用3种多轴疲劳寿命分析模型,对该结构的疲劳危险部位进行疲劳寿命分析,并与单轴寿命分析方法的分析结果、疲劳试验结果进行了对比分析。首先对该结构进行细节有限元计算,确定结构的应力分布与应力水平,当载荷施加到88%的最大一级的峰值载荷时,疲劳危险部位的孔边即出现显著的塑性应变,因此,选用低周疲劳(LCF)寿命预测模型进行分析。选取的3种分析模型均是基于临界面的分析模型,分别是Wang-Shang模型、Smith-Watson-Topper(SWT)模型以及Morrow-Brown-Miller模型。为验证分析模型工程适用性,开展了该结构的多轴疲劳试验。与试验结果相比,3种分析模型的预测结果均偏大,其中Wang-Shang模型的预测结果最接近试验值,适用于本文这类结构;SWT模型和Morrow-Brown-Miller模型的预测结果误差相对较大。对于处于多轴载荷状态下的结构,应按照多轴疲劳寿命分析方法进行寿命预测,单轴疲劳寿命分析方法将给出过于危险的评定结果。      

一种多钉铆接连接件的疲劳寿命分析方法

针对目前对多钉铆接连接件进行疲劳寿命分析时的可行性不高、计算量较大等问题,提出一种更加有效可靠的预测多钉铆接连接件的疲劳寿命的方法。对多钉铆接连接件进行疲劳寿命分析时,先对压铆铆接过程进行了显示动力学分析,获得铆接后的钉、孔变形形式和干涉量,并编写了APDL子程序用于各种形式试件的铆接过程分析。用紧固件的载荷-位移曲线进行细节应力分析。基于三维弹塑性有限元法建立铆接连接件的载荷-位移计算方法,并通过与试验结果对比,说明用本文方法获取载荷-位移曲线的可靠性。在ANSYS中建立钉单元,并实现参数化建模进行钉载计算。使用应力严重系数法估算连接件疲劳寿命。开展典型航空铆接连接件疲劳试验,计算结果与试验结果一致性较好,说明计算方法的可行性。      

蜂窝结构异面变形动态塑性坍塌力学

在蜂窝结构静态塑性坍塌应力理论计算模型的基础上,建立了蜂窝结构在冲击载荷作用下的动态塑性坍塌应力的理论计算模型.考虑应变率对蜂窝结构动态力学性能的影响,使用Cowper-Symonds模型建立了静态塑性坍塌应力与动态塑性坍塌应力之间的关系;基于薄板弯曲理论,由平均冲击速度得到了应变率的计算公式,进而得出动态塑性坍塌应力关于冲击速度与静态塑性坍塌应力的函数关系.使用LS-DYNA动力学软件模拟了铝合金蜂窝结构在冲击载荷作用下的异面变形,数值计算结果与理论模型计算结果一致.     

随机载荷多次作用下的零件失效率计算模型

运用顺序统计量理论和载荷-强度干涉模型建立了以载荷作用次数为寿命度量指标框架下的零件可靠度和失效率计算模型.分析了随机载荷多次作用时零件失效的过程,从随机载荷作用的统计学意义出发,运用顺序统计量建立了随机载荷多次作用下的零件可靠性模型.在此基础上,定义了以载荷作用次数为寿命度量指标框架下的失效率,给出了失效率计算的一般表达式,并建立了载荷多次作用时零件的失效率计算模型.最后,研究了零件可靠度和失效率随载荷作用次数的变化规律.该模型可用于指导产品的环境应力筛选试验以及其他可靠性试验.     

谱载荷下三维构件疲劳分析的损伤力学方法

建立了工程中常见的三维构件的一个损伤力学守恒积分,并利用此积分的守恒性与小范围损伤的条件,推导出计及损伤耦合效应时集中的应力与应变所应满足的方程.根据以损伤驱动力表示的损伤演化方程,推导了在谱载荷作用下,疲劳裂纹萌生寿命预估的解析表达式,建立了以等效应力表示的非分离变量型损伤演化方程,并在短周期加载条件下得到积分形式的疲劳寿命闭合解.对某飞机起落架为代表的三维构件在谱载荷作用下的疲劳寿命进行了预报.      

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.     

航空柱塞泵缸体疲劳分析及寿命预测方法

缸体是航空柱塞泵核心部件之一,其直接影响航空柱塞泵的功能。针对目前缸体寿命研究的实验周期长、缺乏理论分析方法的不足,提出了基于有限元分析和线性累积损伤理论的缸体疲劳分析和寿命预测方法。首先,基于理论力学和材料力学建立缸体的力学模型,在MATLAB平台上进行仿真分析,计算缸体受力;其次,建立缸体的有限元模型,在ANSYS平台上计算缸体的应力和应变;然后,将缸体应力、应变等结果导入nCode中,基于线性累积损伤理论,探究缸体的薄弱部位及影响缸体疲劳寿命的因素;最后,进行实验验证。结果表明,靠近配流盘一侧的柱塞腔外壁较为薄弱,容易出现疲劳破坏,与仿真结果基本吻合,验证了所提的缸体疲劳分析和寿命预测方法的正确性,为结构紧凑型柱塞泵缸体的设计提供参考。      

变更载荷谱情况下的耐久性分析技术与应用

针对全尺寸飞机结构疲劳(耐久性)试验过程中更改载荷谱情况下对全尺寸结构疲劳试验机(单机)进行耐久性评定的需求,基于耐久性分析的概率断裂力学方法和改进的裂纹萌生方法,提出了综合不同谱下耐久性试验数据集确定描述结构细节原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸分布的方法,给出了载荷谱变更情况下计算各应力区裂纹超越概率的损伤累加方法,从而建立了能够准确预测载荷谱变更情况下结构经济寿命的耐久性评定方法.这种方法已成功应用于某型飞机结构全尺寸试验中更改载荷谱情况的耐久性评定,有着重要的工程应用价值.      

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.      

预载荷作用下管路结构动强度评估方法

针对现阶段航空航天管路结构环境试验存在的问题,研究了管路结构在预载荷及随机振动试验条件作用下的动强度特性的分析方法,明确了由预载荷引起的微分刚度、预应力在结构振动响应计算及疲劳寿命分析时的区别及处理方法,提供了一种可定量预估管路结构在多种试验环境作用下随机振动疲劳损伤的分析方法,该方法解决了真实环境试验条件如何表示预期使用环境的问题以及真实环境试验条件与预期使用环境不一致对管路结构动强度造成的影响如何进行评估的问题。通过对管路结构的仿真,分析了管路的动强度薄弱点以及剩余强度系数和疲劳寿命,验证了该方法的有效性,从而为分析管路结构在真实使用过程中的环境适应性以及可靠性提供了一定工程指导。      

腐蚀条件下疲劳寿命评定的名义应力法

提出了腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定的名义应力法.以地面停放腐蚀影响系数C-T曲线为基础,通过计算反推建立飞机结构疲劳关键危险部位对应不同地面停放时间的p-S-N曲线族,应用线性累积损伤(Miner)理论估算飞机结构在使用环境谱载下的疲劳安全寿命;考虑空中腐蚀疲劳影响对疲劳安全寿命加以修正.该方法为腐蚀条件下飞机结构寿命的评定提供了有效可行的技术途径,具有重要的工程应用价值.     

CFRP孔板拉伸疲劳环境效应的正交试验

为研究环境因素对CFRP孔板疲劳性能的影响,针对T300/QY8911含中心孔层压板设计并开展了正交试验研究.试验中采用标准试件在给定环境条件下测试其拉伸疲劳寿命,并通过对正交试验结果的方差分析研究了有无涂层、紫外辐射、环境湿度等环境因素及其交互作用对T300/Y8911复合材料孔板拉伸疲劳寿命影响的显著性.研究表明:在紫外、涂层、湿度及任意二者的交互作用中,有无涂层对复合材料孔板的拉伸疲劳寿命影响高度显著,有无紫外及涂层与湿度的交互作用对复合材料孔板拉伸疲劳寿命影响显著;而湿度、紫外与涂层的交互作用及紫外与湿度的交互作用对复合材料孔板拉伸疲劳寿命的影响均不显著.     

一种飞机结构日历寿命延寿方法

针对若干现役飞机年飞行小时数较低的情况,提出了一种充分发挥其疲劳寿命潜力的日历寿命延寿方法.通过对达到日历总寿命的结构损伤状况分析,以一般环境下疲劳定寿结论和日历寿命指标为前提,以考虑腐蚀环境的寿命评定技术为基础,依据飞机的飞行和修理记录,确定结构的疲劳裕度和继续使用年限,从而给出各种典型使用情况下的日历延寿结论.该方法为老龄和现役飞机达到日历总寿命后继续安全有效地服役提供了明确可行的技术途径.     

航空重载面齿轮三维裂纹分析与疲劳寿命预测

针对应用于航空重载传动的面齿轮寿命难以预测,分析其裂纹萌生和扩展过程以及相应的寿命.根据材料应变-寿命关系,利用MSC.Fatigue进行裂纹萌生仿真,分析不同负载扭矩、表面粗糙度、表面处理工艺下裂纹萌生寿命的变化规律;根据线性断裂力学理论,借助于Franc3D模拟裂纹扩展过程,直至满足断裂准则,由应力强度因子历程确定裂纹扩展寿命.最终获得面齿轮在不同表面粗糙度、表面处理工艺下的疲劳寿命曲线,实现面齿轮疲劳寿命的预测.