基于数值模拟的孔构件挤压强化疲劳寿命预测

为研究飞机机身7050铝合金孔构件挤压强化后的疲劳增益,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对孔构件的挤压强化过程、疲劳加载过程、疲劳裂纹萌生和裂纹扩展过程进行研究。通过数值模拟探究了孔构件在不同状态下危险截面的应力分布和对应的疲劳行为,分析了残余应力场对疲劳性能的影响,探讨了残余应力与疲劳裂纹萌生和裂纹扩展的内在联系,建立了孔构件挤压强化疲劳寿命数值预测模型。结果表明：孔挤压强化引入的残余压应力可以减小孔构件在受载时孔壁最大拉应力,改变疲劳裂纹的萌生位置,抑制疲劳裂纹萌生和裂纹扩展,提高7050铝合金孔构件疲劳寿命近2倍,疲劳寿命数值预测模型误差在12%以内。     

含边缘裂纹铝合金厚板的复合材料双面修补研究

采用表面打磨,80℃、接触压固化的方法,利用碳纤维/双马复合材料预固化补片对边缘裂纹的铝合金厚板进行双面胶接修补,测试修补前后的静态和疲劳性能,并结合高低温老化和常温油浸试验考核其耐煤油性。结果表明:修补后平均破坏载荷由94.313 kN增加到143.593 kN,提高了52.25%;疲劳寿命由2 019次循环增加到34 698次循环,提高了16.19倍;临界裂纹长度由13.5 mm增加为27.5 mm;裂纹扩展速率由2.72 mm/1 000循环降低为0.59 mm/1 000循环。在300次循环高低温油浸及180 d的常温油浸试验条件下,燃油对试验件疲劳性能无影响,同时修补试验件对煤油品质无明显影响。     

20CrNi2Mo齿轮传动轴局部剥落失效分析

通过对20CrNi2Mo齿轮传动轴料齿轮局部剥落处进行宏观分析和微观断口分析，对比剥落处与完好处的宏观硬度与显微硬度分布以及金相组织和渗层深度，结合磁粉探伤检验结果，结果表明，齿轮轴经过渗碳热处理，在随后的机械磨齿过程中，由于磨削过多，致使渗层只有0．5mm，达不到技术要求，齿轮在交变接触应力的作用下，首先在齿面产生极小的显微裂纹，小裂纹进一步扩展，最终造成齿面剥落，此失效为接触疲劳失效导致的局部剥落。     

飞机连接耳片故障诊断疲劳损伤评估专家系统

连续耳片是飞机上的重要部件，其使用环境恶劣，极易出现故障引起失效。本文根据大量的数据、表格和曲线，用Delphi程序设计构造了专家系统的知识库及推理机，从静强度、疲劳强度、疲劳寿命、断裂损伤、临界裂纹及裂纹扩展寿命等方面，结合材料性能、表面加工、干涉配合、大气环境及表面强化等因素，对飞机连接耳片进行疲劳损伤容限的评估。提出了用剩余强度裕度、疲劳裕度、断裂判据、临界裂纹长度、挤压系数、耳片疲劳额定许用基准值、耳片孔边单裂纹综合构形因子、耳片几何因子、耳片试验试件系数、试验可靠性系数、置信系数和特征寿命等参数进行评估的方法。     

修形面齿轮传动系统的动态特性分析

为改善面齿轮传动系统的动态性能，研究了面齿轮传动系统的齿廓修形技术，推导了齿廓修形的圆柱齿轮、刀具齿轮和面齿轮的齿廓方程，建立了包含齿侧间隙、时变啮合刚度、修形参数、综合相对误差、支承刚度和支撑阻尼等参数的面齿轮传动系统振动模型，采用Runge -Kutta数值积分法对齿廓修形的面齿轮传动系统求解。研究结果表明：当齿条刀具的抛物线修形系数变化时，系统的动态响应特性将出现简谐响应、次谐响应和混沌响应3类稳态响应。     

摩擦因数时变的节点外啮合齿轮系动力学分析

以外啮合节点后啮合单级齿轮传动系统为研究对象，建立了系统六自由度非线性动力学模型，考虑了时变啮合刚度、时变齿面摩擦、载荷在啮合区动态分配以及齿侧间隙的影响。采用能量法计算了时变啮合刚度。基于弹流润滑（Elasto hydrodynamic lubrication, EHL）理论计算了时变摩擦因数，与库伦摩擦模型进行了对比分析，得到了齿轮副非线性振动方程，同时采用数值方法求解了系统的动力学微分方程组，得到了系统的时域动态响应和相图，并分析了系统的动力学特性。     

拉伸高速铣削对TC4钛合金疲劳性能的影响

提出采用拉伸高速铣削新方法来提高钛合金等难加工材料的疲劳性能.进行了TC4钛合金的拉伸高速干铣削试验,拉伸装夹应力从0～327 MPa,铣削速度从190～570 m/min,其他加工条件保持不变.对铣削件进行低周疲劳试验,建立疲劳裂纹监测系统对疲劳裂纹进行在位停机拍摄,并用JSM-7001F型场发射扫描电镜对疲劳断口进行观察.结果表明在高速铣削中采用拉伸装夹能使试件疲劳寿命提高8%～16%,这归因于拉伸铣削形成了更为有利的表层残余压应力层,延长了疲劳裂纹萌生寿命.     

涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。     

宽板铆接搭接件腐蚀疲劳特性试验研究

对航空铝合金2A12宽板搭接件进行了基准疲劳试验、预腐蚀疲劳试验、腐蚀-疲劳交替试验,观察搭接件内部腐蚀情况、断口情况;对比分析了三种不同情况的下的结果形成原因;从腐蚀产物、腐蚀形态、裂纹形成位置、能谱分析等方面对试验件进行微观对比分析。结果表明:预腐蚀试验后,试验件疲劳寿命下降明显,腐蚀—疲劳交替试验疲劳寿命最低,腐蚀—疲劳交替试验对试验件的疲劳性能影响较大;预腐蚀试验后,搭接处缝隙内有明显的腐蚀痕迹存在,缝隙环境加重了缝隙内部的腐蚀;裂纹源为韧性断裂,外表面有脆性特征,也存在解裂、二次裂纹等特征;对于腐蚀—疲劳交替试验搭接件,裂纹在界面腐蚀坑处发展,萌生的裂纹呈解理、沿晶等特征;腐蚀和应力的耦合降低了疲劳寿命。     

拉压、扭转载荷下铸铝合金的亿周疲劳性能研究

应用超声疲劳试验机对铸铝合金2-AS5U3G-Y35在扭转和拉压循环载荷下进行了超高周疲劳性能测试.介绍了超声扭转疲劳试验装置的设计.应用35 Hz常规疲劳试验机和20 kHz的超声疲劳试验机完成应力比R=-1的拉压、扭转疲劳试验,进而研究不同载荷条件、加载频率对铸铝合金超高周疲劳性能的影响.S-N曲线显示,铝合金在105～1010疲劳周次间仍发生疲劳断裂,不存在疲劳极限.断口分析表明,在超高周循环拉压载荷下,疲劳裂纹常萌生于试样次表面材料内部缩孔.与循环拉压载荷下的疲劳断裂机理不同,在循环扭转载荷下疲劳裂纹主要萌生于试样表面,疲劳断裂面为一种典型的沿试样轴向45°的螺旋面,即沿最大主应力平面断裂.扭转疲劳断面清晰的剪切条带表明扭转疲劳断裂实质上是剪切断裂.     

正交面齿轮啮合点的计算机仿真

给出了点接触面齿轮传动的齿面方程和啮合接触方程,编制了相应的计算机程序,对接触点轨迹进行了仿真;分析了主要传动参数对接触点位置的影响,获得的一些规律可供在工程应用中参考。即刀具和小齿轮齿数差、齿数比、模数对啮合接触点有很大影响:当齿数差由小变大,齿数比从大变小或当模数从大变小时,接触点向面齿轮的小端移动     

Influence of Setting Error of Tool on Tooth Profile and Contact Point of Face Gear Drive

In order to analyze the influence of setting error of tool on both tooth profile and contact characteristic of orthogonal face gear drive,the coordinate systems with and without setting error are established.Moreover,the equations of tooth profile and contact points of face gear drive are derived by envelope principle.According to the equations,the change of tooth profile and the contact points position on face gear are analyzed.The tooth surface and contact points are obtained by numerical simulation.Results show that the tooth profile and contact characteristic of face gear drive are not sensitive to the setting error of tool.     

考虑实际齿面的功率四分支传动系统动态分析

针对功率四分支传动系统的动态特性,考虑实际齿面的啮合状况,通过采用集中质量法,建立了该系统的弯-扭耦合动力学微分方程,求解得到系统的频域和时域响应,利用齿面承载接触仿真技术(Loaded tooth contact analysis,LTCA)得到时变啮合刚度激励。结果表明:通过真实齿面拟合和LTCA技术的结合,可以得到更准确的齿轮在不同工况和齿面条件下的力学特性;轮齿修形后,可以减小传递误差,改善齿面的接触状况,使系统的动载荷波动明显减小。     

评齿间摩擦力对航天齿轮齿根弯曲应力的影响程度

经过分析及计算，推导及归纳出考虑轮齿间摩擦力影响的齿根弯曲应力计算公式，计算结果表明，一般情况下，轮齿间摩擦力产生的影响甚小。对于航天软齿面齿轮传动或不十分重要的航天硬齿面齿轮传动，设计计算时可不计轮齿间摩擦力对齿根弯曲应力的影响。     

点接触圆柱蜗杆传动的设计原理

本文在对蜗轮副啮合原理分析的基础上,通过在共轭齿面上预先设置啮合位置,详细推导了失配齿面的几何参数和接触特性的计算公式,论述了点接触圆柱蜗杆传动的设计原理。应用本文的原理,采用优化综合的方法,可以使圆柱蜗杆传动直接实现点接触和完全互换,并具有良好的接触特性,使对误差的敏感性降低,缩短装配中的辅助时间,且传动质量得到改善。     

面齿轮传动的研究现状与发展

论述了面齿轮传动的研究现状及需要进一步研究的问题。作者对面齿轮传动中受到刀具数量多和齿宽窄的限制提出了新认识，认为机械产品的号是有限的，相应所用齿轮参数也是有限的；同时通过使用现代设计方法可以充分地利用有效齿宽，需要采用现代分析技术对面齿轮的强度作进一步的深入研究。由于接触斑点的位置不仅与几何尺寸有关，还与变形及各种误差有关，这些误差又都是随机的。因此，作者在文中提出了概率弹性啮合分析的新概念。     

面齿轮传动的承载接触分析

为了促进高性能面齿轮传动技术的发展.对点接触面齿轮传动进行承栽接触分析.建立了点接触面齿轮传动的坐标系,推导了传动中接触点方程,实现了传动中面齿轮上接触点位置的仿真.利用曲面上任意点处主曲率的计算方法,得到了传动中圆柱齿轮和面齿轮上接触点处主曲率的变化规律.根据布希涅斯克问题的求解方法,给出了传动中面齿轮上接触区域的椭圆长、短半径、中心最大变形量、最大压应力以及载荷分布的方程,分析了接触中心最大压应力的变化规律,实现了接触斑点的可视化仿真.     

基于ABAQUS的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真

齿轮在传动过程中经常发生断裂,严重影响了齿轮的使用。本文研究了齿轮齿根裂纹扩展特性,为齿轮安全设计打下基础。通过Pro/E参数化建模建立一对啮合渐开线齿轮,加载一定载荷后通过分析得到最大应力区域、假定裂纹源头和初始裂纹方向;在应力强度因子的计算过程中,从线弹性断裂力学角度出发,应用ABAQUS软件计算得到裂纹尖端应力强度因子;根据最大周向应力法,计算了裂纹失稳后的扩展角,并在ABAQUS中分步模拟了裂纹的扩展趋势;当kI值发生突变后,裂纹迅速扩展以致轮齿断裂。