无扩口管路连接件疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

 以损伤热力学为基础,构建分式形式的损伤演化方程。针对管路连接件等轴对称形式的构件,引入等效应力和等效应变。根据损伤力学守恒积分原理,得到恒幅重复载荷下应力与寿命关系的级数表达式,根据标准件疲劳试验结果拟合得到损伤演化方程中的材质参数。利用APDL语言编程对ANSYS软件进行了开发,使得借助ANSYS软件的损伤力学-有限元数值解法成为可能。利用该方法预估了TC6钛合金标准件疲劳裂纹萌生寿命,其结果与试验数据吻合。进一步,预估了管路连接件裂纹萌生寿命,预测了裂纹扩展路径并预估了疲劳裂纹扩展寿命。本文为采用损伤力学方法来预估构件的疲劳寿命提供了一种可行的方法。     

钛合金结构干涉配合铆接疲劳试验研究

干涉配合能提高接头疲劳寿命,已成为目前最有效的强化工艺方法之一。国内外飞机制造中已广泛应用干涉配合,但我国目前飞机制造中的干涉配合铆接只限于铝合金结构。钛合金优越的性能使其在飞机结构中的应用比例大幅提高,但钛合金结构的干涉配合铆接在我国飞机制造中还是一个空白。针对某型机的实际结构对钛合金结构的干涉配合铆接疲劳性能进行了试验研究。研究结果表明,较普通铆接干涉配合铆接可明显提高接头疲劳寿命,加载的应力水平越低,疲劳寿命提高越明显。另外,钉孔间隙等工艺参数对疲劳寿命增益也有较大影响。     

损伤力学在研究金属高周疲劳问题中的应用

 本文用损伤力学研究金属高周疲劳问题。假设损伤为各向同性,并考虑应力与损伤的互耦效应,用有限元法,预估了含缺口板材试件的疲劳寿命。计算和实验S-N曲线表明,本方法预估寿命误差在工程允许范围内。     

电磁铆接技术在大飞机制造中的应用初探

 电磁铆接是一种新型连接工艺,本文介绍了电磁铆接技术的特点及其发展。针对大飞机制造的技术需求,分析了电磁铆接技术在大飞机研制中的作用,重点介绍了电磁铆接技术在干涉配合铆接、复合材料结构铆接、干涉配合紧固件安装等方面的应用。实验研究表明电磁铆接形成的干涉量均匀,能够提高结构疲劳寿命,可以安装大干涉量干涉配合紧固件,对复合材料结构铆接可以减少安装损伤。分析了为满足大飞机研制的需要,中国下一阶段在电磁铆接技术方面要进行的工作。     

结合损伤力学与有限元方法预估铆接结构疲劳寿命

利用飞机铆接试验件疲劳试验数据,结合损伤力学与有限元方法,通过MATLAB调用ABAQUS进行损伤演化方程参数的遗传优化反演。将反演得到的损伤演化方程用于飞机结构疲劳寿命预估中,对机翼蒙皮锪窝形式的铆接结构进行了寿命计算和分析,并与试验数据作对比,证明了方法的可行性。     

基于损伤力学的飞机铆接结构疲劳损伤分析

将损伤力学-有限元方法应用于飞机襟翼蒙皮铆接结构的改进设计中,得到了结构改进前后的疲劳损伤演化过程和疲劳寿命,并通过分析损伤场的演化来研究铆接细节的改进对于铆接结构疲劳性能的影响;对改进前后的铆接试验件进行疲劳试验,并与损伤力学方法分析结果进行比较,验证了方法的正确性。     

复合材料的干涉配合铆接

分析了复合材料结构采用干涉配合技术存在的工艺困难，利用应力波铆接设备对碳纤维复合材料进行了干涉配合铆接试验，并对铆接质量进行了检测分析。结果表明，应力波铆接可以产生合适的干涉量，能提高初始破坏挤压强度；不会造成复合材料的安装损伤     

考虑冲击缺陷的钛合金板的疲劳寿命预估

基于连续损伤力学理论,研究了含冲击凹坑缺陷的Ti-1023钛合金板的疲劳损伤问题。通过分析冲击损伤与疲劳损伤的共同作用以及应力场与损伤场的耦合作用,对含冲击凹坑的钛合金板的疲劳寿命进行了预估。首先,基于连续介质运动学理论,采用非线性动力学有限元分析软件进行冲击损伤的模拟,得到冲击凹坑处的残余应力场与塑性应变场。其次,根据塑性损伤方程,计算冲击凹坑局部的初始损伤场,并将其作为后续疲劳计算的初始条件。然后,采用Chaudonneret的多轴疲劳损伤力学模型建立损伤力学-有限元数值解法,以进行损伤演化过程的数值计算。最后,综合考虑残余应力场、塑性初始损伤和疲劳损伤的共同作用,对含冲击凹坑的钛合金板进行了疲劳寿命预估,并进行了相应的疲劳验证试验。结果表明,预估结果与试验结果相一致。所做研究为工程中采用损伤力学方法来预估含冲击损伤的结构的疲劳寿命提供了一种可行的方法。     

球轴承接触疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

以线弹性力学及连续损伤力学为基础,构建球轴承接触疲劳的损伤演化方程。利用轴承钢GCr15扭转疲劳试验数据拟合得到损伤演化方程中的材质参数。通过该方程预估轴承钢GCr15的扭转疲劳寿命,其结果与试验数据吻合。采用ABAQUS有限元分析软件仿真得到6206球轴承的接触应力分布并分析了6206球轴承最大接触应力区。根据6206球轴承的载荷及应力应变状态将最大接触应力区简化为二维平面应力模型。在此基础上预估了6206球轴承的接触疲劳寿命。设计并进行了6206球轴承疲劳强化试验。轴承接触疲劳剥落都萌生于内圈,与应力仿真分析结果相契合。三个试验轴承的试验与预估接触疲劳寿命的相对误差分别为29.52%、3.03%和51.16%,验证了接触疲劳寿命预估方法的有效性。研究表明采用损伤力学预估球轴承的接触疲劳寿命是工程中可行且实用的方法。      

铆模倾角对铆接质量的影响研究

 电磁铆接(EMR)作为一种新的铆接工艺方法,可以使铆钉在铆模型腔内一次完成镦头成形。为了研究铆模构型对EMR质量的影响,通过数值模拟和试验对不同倾角铆模铆接的铆钉镦头、干涉量和残余压应力进行了研究分析。设计疲劳试验对不同倾角铆模铆接的试件进行验证和分析。研究结果表明:铆模倾角对干涉量有较大影响,倾角越小,干涉量越大;采用66°铆模倾角可以实现较理想的干涉配合,接头疲劳寿命最长。     

LY12CZ铝合金铆接件微动损伤防护技术研究

 本文详细地分析了LY_(12)CZ铝合金铆接件微动损伤的微观特征以及各种搭接表面处理方法对疲劳强度的影响。试验结果表明:对搭接表面采用恰当的处理方法,铆接件的疲劳寿命一般均有不同程度的提高,其中,胶铆结构的采用是防止铆接件产生微动损伤的有效措施。当轴向交变应力σ_(max)=125MPa以下时,胶铆试件的疲劳寿命比干涉铆接的疲劳寿命提高60％以上。     

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.      

基于DFR法的Al-Li-S4铝锂合金铆接结构疲劳可靠性分析

Al-Li-S4是新一代铝锂合金,常被用作机身材料,而铆接结构在飞机各个重要受力结构中也具有广泛的应用.为了研究Al-Li-S4铝锂合金铆接结构的疲劳性能,通过试验统计得到两种铆接结构的细节疲劳额定值(DFR),并借助扫描电镜观察其疲劳裂纹的萌生和扩展行为.结果表明:Al-Li-S4铝锂合金铆接搭接结构的DFR值为102.24 MPa,铆钉填充锪窝孔连接结构的DFR值为169.41 MPa;Al-Li-S4铝锂合金疲劳断口的分析表征其具有良好的抗疲劳损伤性能.研究结果可为新型民用飞机选材、疲劳设计和寿命评估提供参考.     

单面螺纹抽钉干涉配合复合材料连接结构的疲劳性能研究

通过疲劳试验研究了单面螺纹抽钉干涉配合复合材料连接结构的疲劳性能,分别考虑了紧固件类型、干涉配合量、搭接板材料及铺层次序等影响因素。采用了拉压疲劳试验,拉压比R=-1,循环应力水平则根据静载极限挤压强度值选定。根据疲劳试验循环应力和疲劳寿命曲线(S-N曲线),得到了不同影响因素对疲劳寿命的影响规律。结果表明,选择适当的干涉配合量、紧固件类型及搭接板均能提高结构的疲劳寿命,4种不同主板铺层次序均对结构疲劳寿命影响不大。     

典型焊接参数对铝锂合金FSW对接接头疲劳性能的影响

采用疲劳试验机对3种不同对接工艺的Al-Li-S4铝锂合金FSW对接接头及母材进行了疲劳性能测试,并采用光学显微镜和扫描电镜对组织和断口进行了分析。结果表明:在210MPa应力水平下,Al-Li-S4-T8铝锂合金母材在疲劳寿命达到200万次;在600/400、800/80、800/2003种典型FSW工艺条件下,800/200参数接头疲劳性能最优,在170MPa应力水平下,接头疲劳寿命可达200万次;Al-Li-S4合金FSW接头疲劳断裂大部分从焊缝表面起裂,这可能与FSW过程中金属材料的周期性流动和周期性微观组织使焊缝内部出现强度薄弱区或应力集中有关。     

关于铆钉对止裂孔填充作用的研究

通过试件的疲劳寿命试验与计算，研完了空止裂孔与铆钉填充止裂孔对构件裂纹的止裂作用。试件疲劳寿命试验结果表明，疲劳裂纹尖端止裂孔铆上铆钉后的试件疲劳寿命是空止裂孔试件疲劳寿命的2．9～7．8倍。同时，通过对试验和计算结果的对比分析，确定用于计算带止裂孔构件疲劳寿命的铆钉填充作用系数为0．87。     

铆接薄壁梁疲劳寿命计算与试验分析

用液压伺服疲劳试验机,对铆接薄壁纯弯梁进行了疲劳寿命试验,给出了试验结果。用应力严重系数法,计算了铆接薄壁梁的疲劳寿命。疲劳寿命计算结果与试验结果相差较大。分析认为,给出的钉孔填充系数偏高,不适于用来计算铆接薄壁结构的疲劳寿命。经过分析和研究,给出了适于计算铆接薄壁结构疲劳寿命的较合理的钉孔填充系数。还探讨了各种改进 Ｎｅｕｂｅｒ 法对计算铆接薄壁结构疲劳寿命的适用性。     

Bolt insertion damage and mechanical behaviors investigation of CFRP/CFRP interference fit bolted joints

Interference fit has advantages in improving fatigue behaviors of composite bolted joints; however, interference fit bolt insertion tends to cause damages in laminates weakening joint mechanical properties. Therefore, an experimental study was conducted to investigate bolt insertion damages of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP)/CFRP interference fit bolted joints. Mechanical behaviors of joints were also evaluated experimentally under both quasi-static loads and cyclic loads. Scanning Electron Microscope (SEM) and high-resolution X-ray micro-CT scan were used to examine micro damages in laminates. Damage and failure behaviors of joints were characterized. The results demonstrated that the hole entrance in upper laminate and the laminate boundary near the hole wall were the most critical regions for damages during bolt insertions. However, the influence of those damages on quasi-static failure loads and fatigue failure modes of joints was minimal. Delamination and matrix cracking occurred first in laminates following fiber and matrix fracture in quasi-static tensile tests. Interference fit could improve the fatigue resistance of the laminate hole; however, the bolt seemed to suffer a more critical local fatigue loading condition. This paper can contribute to composite structure designs, especially in understanding damage and failure behaviors of composite bolted joints.     

疲劳寿命计算中钉孔填充作用系数的取值研究

使用液压伺服疲劳试验机,在程序块载荷谱作用下对铆接铝合金薄壁纯弯梁进行了疲劳寿命试验,并给出了疲劳寿命试验结果。采用应力严重系数法对该纯弯梁进行了疲劳寿命计算。通过对试验结果和计算结果的对比分析及研究,给出了采用应力严重系数法计算铆接薄壁结构疲劳寿命时的钉孔填充作用系数的合理选用值。     

LY12CZ铝合金微动损伤及防护技术

分析了LY12CZ铝合金及其铆接／螺接件微动损伤的微观特征以及4种工艺措施对疲劳强度的影响。试验结果表明：LY12CZ铝合金对微动作用十分敏感,容易引起严重的表面损伤。微动作用使铝合金的疲劳强度急剧下降。铝合金经喷丸强化处理后。可将常规疲劳强度提高。并使材料的疲劳性能不受微动作用的影响。涂层—胶粘—干涉组合是防止铆接件产生微动损伤的有效措施;喷丸—涂层—胶粘—干涉组合是防止螺接件产生微动损伤的有效措施。