Analysis Approach to Durability Based on Material Initial Fatigue Quality and S-N Curve

Based on probabilistic fracture mechanics approach, a new concept of material initial fatigue quality (MIFQ) is developed. Then, the relation between S-N curve and crack propagation curve is studied. From the study, a new durability analysis method is presented. In this method, S-N curve is used to determine crack growth rate under constant amplitude loading and evaluate the effects of different factors on durability and then the structural durability is analyzed. The tests and analyses indicate that this method has lower dependence on testing, and higher accuracy, reliability and generality and is convenient for application.     

初始疲劳质量的一种简化模型

提出描述结构细节初始疲劳质量的简化模型。此模型只需一种应力水平下的耐久性试验结果和细节Ｓ－Ｎ曲线之指数值ｍ,即可描述初始疲劳质量,进行耐久性分析。用一套耐久性试验数据验证了简化简模型的可用性。最后,还给出了由裂纹尺寸和裂纹超过数概率定义的Ｓ－ｔ关系,使结构耐久性分析简单易行。     

直升机金属结构的全范围安全S-N曲线确定方法

本文介绍了直升机结构安全S-N曲线的确定方法.在常用的三参数S-N曲线公式Stromeyer方程的基础上,根据直升机载荷的特点,介绍了一种适合直升机疲劳评定的全范围S-N曲线公式,并提供一套根据中值S-N曲线获得安全S-N曲线的方法.     

原始疲劳质量评定和裂纹扩展方法研究

在对带有一个铆接孔的试件进行试验研究的基础上,利用性能退化失效曲线,提出了一种新的初始疲劳质量和裂纹扩展速率的确定方法。根据试验结果和理论推导,建立了裂纹扩展长度与加载循环次数的函数关系。在此基础上,估算了EIFS值,并用指数函数拟合方法估计了疲劳裂纹扩展速率。最后通过对临界裂纹尺寸的理论计算验证了新方法的可行性和有效性。     

结构连接件疲劳损伤容限全寿命设计方法

通过对结构疲劳裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命的研究,提出了连接件疲劳全寿命的计算方法。本文分别研究了连接件的裂纹形成寿命和扩展寿命,研究了试片裂纹形成寿命与扩展寿命之间的关系,提出了用试片的S-N曲线确定连接件裂纹形成寿命的修正方法。通过典型连接件的计算给出了连接件的全寿命,并与试验结果进行了对比,得到了较好的吻合。本文希望通过典型连接件全寿命研究提出一种更合理、可靠的连接件疲劳分析的工程方法,经试验结果验证这种方法是可行的。     

含腐蚀预损伤铝合金2024-T62的疲劳断裂行为及基于断裂力学的寿命预测

针对2024-T62铝合金薄板系统地开展了腐蚀预损伤对材料疲劳S-N曲线、小裂纹萌生行为、长短疲劳裂纹扩展及物理小裂纹门槛值扩展行为的影响等试验研究.结果表明:腐蚀预损伤对材料疲劳S-N曲线及材料疲劳小裂纹萌生行为有明显的影响,但时材料长短裂纹扩展及物理小裂纹门槛值扩展行为没有明显的影响.通过假定腐蚀预损伤为初始小裂纹...     

含沟槽轴对称杆疲劳寿命的损伤力学闭合解

 首先建立了工程中常见的含环形沟槽轴对称杆的一个损伤力学守恒积分。利用此积分的守恒性与小范围损伤的条件，证明了在应力集中点有损伤时之应变比能等于无损伤时之应变比能。然后根据以损伤驱动力表示的损伤演化方程，通过分离变量积分获得疲劳裂纹形成寿命的闭合解。根据以上分析与结论，利用一种应力集中系数为K-T1试件的实验中值S-N曲线及相应数据确定了一种材料的疲劳演化参数，从而推出同样材料的其他应力集中系数为K-T2试件的中值S-N曲线。该项研究的应用可以大大地节约疲劳试验的机时与费用。     

飞机结构耐久性/损伤容限综合分析模型

以现有的耐久性分析模型和损伤容限分析模型为基础,综合研究裂纹萌生和扩展的全过程,建立了飞机结构耐久性/损伤容限综合分析模型,并且通过一个具体的算例证明了模型的可行性。该模型兼顾了结构的寿命、安全以及检修一体化的要求,可用于对飞机结构进行综合设计与分析。     

基于应力分布模型的随机疲劳加速试验设计

将两段式S-N曲线应用于Dirlik随机振动疲劳寿命预测模型，分段计算各自的疲劳损伤并进行叠加。基于该模型所模拟的应力幅值分布，推导了在两段式S-N曲线的情况下激励放大倍数同疲劳寿命之间的等效关系，并提出了基于该等效关系的加速试验寿命换算方法，为加速试验应力等级的确定提供了参考。针对随机振动中小应力幅占比较大的情况，该方法优化了这一部分的损伤计算方式，同时该方法还可以推广至超高周疲劳等需要使用多段式S-N曲线表达疲劳性能的情况中去，得到更加贴近实际的理论疲劳寿命与加速寿命间的等效关系。通过分析算例表明，在两段式S-N曲线下，应力与寿命也大体呈现出了两段式的对数线性关系，并使用文献中的试验数据进行了验证。     

含多种细节结构的耐久性评定技术研究与应用

 针对飞机结构寿命评定过程中含多种细节结构耐久性评定的需求,基于耐久性分析的概率断裂力学方法,提出了细节型式异同两种情况下结构总的裂纹超越数的计算方法,当细节型式相同时各种细节裂纹超越数直接累加,而细节型式不同时各种细节裂纹超越数加权累加,从而建立了含多种细节结构耐久性评定的一般方法。针对工程上存在大量的含相似细节结构,提出了S-N曲线折算与应力严重系数折算两种相似细节归并的工程方法。特别指出的是,提出的S-N曲线折算方法在保证精度的前提下可以节省较大的试验工作量,有着重要的工程应用价值,已成功应用于中国某型飞机结构定延寿关键部位的耐久性评定。     

液压导管用不锈钢板材振动损伤研究

以导管用不锈钢1Cr18Ni9Ti板材为研究对象,对其在悬臂约束、一阶固有频率下的振动特性进行了研究。给出了1Cr18Ni9Ti板材的S-N曲线,材料的振动疲劳极限为218MPa。裂纹源位于试样表面,断口有疲劳纹存在,是典型的疲劳破坏。     

螺纹紧固件耐久性分析方法的实验研究

本文在实验的基础上，提出了应用于螺栓螺纹表面裂纹上一种抗疲劳分裂研究方法－－耐久性损伤分析方法，考虑了一个新的耐久性损伤模型，螺纹圆角处开裂，把适用于紧固孔上小裂纹模型上的理论方法发展延伸至螺纹圆角模型大裂纹上，并通过实验得到了验证。同时给出了一个例子，预测结果与实验结果拟合得很好，为带螺纹紧固件的耐久性分析方法的研究提供了一种可行的方法。     

基于概率疲劳的结构耐久性分析方法研究

从概率疲劳和概率断裂力学角度出发,以结构细节疲劳特征强度为基础表示结构的疲劳特性,给出了结构细节疲劳特征强度随裂纹长度变化的数学表达式,对整个Ｓ Ｎ曲线的特征作了更深入的探讨,为基于概率疲劳角度进行耐久性分析奠定了基础。     

复合材料中、长寿命区S-N曲线方程

提出一种新的基于两个假设条件下,用于复合材料层压板中、长寿命区S-N曲线构造的四参数模型。与其它方法相比,此方法不用考虑疲劳机理,只是根据疲劳试验数据,用纯数学方法来确定S-N曲线方程。算例结果表明:本文提出的方法不仅具有良好的拟合效果,而且具有较强的适用范围,因而具有潜在的工程应用价值。     

2024-T42铝合金疲劳裂纹扩展曲线的拟合方法研究

 提出了一种疲劳裂纹扩展曲线( a-N 曲线) 的新拟合方法,并采用这种新的拟合方法对2024-T42 铝合金CCT 试样的疲劳裂纹扩展数据进行了拟合分析。通过疲劳裂纹扩展寿命计算结果和试验结果的对比分析,证明这种新的裂纹扩展曲线拟合方法具有较高拟合精度。经过实验和计算分析,还给出了2024-T42 铝合金的疲劳裂纹扩展速率材料常数c 和n 值。     

In-situ observation and finite element analysis of fretting fatigue crack propagation behavior in 1045 steel

In this paper fretting fatigue crack behavior in 1045 steel is studied by in-situ observation and finite element analysis. in-situ fretting fatigue experiments are conducted to capture real-time fretting fatigue crack formation and propagation process. The fretting fatigue tests under different load conditions are carried out, then the lifetime and fracture surface are obtained. The crack propagation rates under different loading conditions are measured by in-situ observations. With in-situ observation, crack initiation location and direction are analyzed. Finite element model is used to calculate J-integral which then is applied to fitting with experimental crack growth rate, and establishing crack growth rate model. From fitted S-N curve, it turns out that smaller load ratio leads to higher lifetime. Crack initiates slightly below the point equivalent to line contact of the contact surface in different test conditions, and crack direction shows no obvious relationship with load parameters. The established crack growth rate model well agrees with the test results.     

TiAl 合金择优取向层片组织的高周疲劳行为

采用旋转弯曲的加载方式,评价了 Ti-47．5Al-2．5V-1．0Cr-0．2Zr （原子分数／％）合金择优取向层片组织的高温高周疲劳性能,并对疲劳断口进行了扫描电镜分析。结果表明：该合金表现出符合 Basquin 方程的平直 S-N 曲线,750℃条件疲劳极限相当于其抗拉强度的60％;断口观察发现,所有试样中的疲劳裂纹均以穿层片方式扩展,表明该种组织的界面对疲劳裂纹扩展具有较高的抗力。     

30CrMnSiA螺栓耐久性分析方法的初步研究

本文在实验的基础上。提出了应用于螺栓螺纹表面裂纹上一种抗疲劳开裂研究方法—耐久性损分析方法。考虑了一个新的耐久性损伤模型—螺纹圆角处开裂,把适用于紧固孔上小裂纹模型上的理论方法发展延伸至螺纹圆角模型大裂纹上,并通过实验得到了验证,同时给出了一个数例,预测结果与实验结果拟合得很好,为带螺纹紧固件的耐久性分析研究提供了一种可行的方法。     

载荷谱的当量化计算

 本文提出了一种用数学积分进行载荷谱当量化处理的方法。该方法概念明确,适合于工程计算。本文给出的一套完整的计算公式,已在谱的工程计算中得到应用,取得了较好的效益。     

飞机典型结构细节——紧固孔随机裂纹扩展分析

根据7475T761铝合金犬骨型试样在随机谱载荷作用下的试验结果,采用两种随机裂纹扩展分析的方法,即通用的和解析的分析方法,研究了飞机典型结构细节——紧固孔中疲劳裂纹扩展的概率累积损伤,给出了概率裂纹扩展轨迹、裂纹扩展损伤累积分布及裂纹超出数的概率。试验结果与预测结果的比较表明,两者十分吻合,能满足工程精度的要求,为飞机结构的耐久性和损伤容限评估提供了适用的分析手段。