基于频域法的随机振动载荷下飞机结构疲劳分析

针对飞机结构疲劳特性,提出了基于频率域信息的随机载荷历程——功率谱密度函数(Power speetraldensity,PSD)估算结构振动疲劳的一种新的计算方法。首先对结构进行频率响应计算,得到结构的传递函数;将此传递函数与输入的功率谱相乘,获得结构的应力功率谱密度;再结合材料参数,选择合适的疲劳损伤模型,利用频域方法计算结构的疲劳强度。对某型飞机机翼,采用本文方法,应用有限元分析(Finite element analysis,FEA)获得了应力响应功率谱密度函数,并对机翼在随机振动载荷下的强度特性进行了模拟与分析,给出了分析结果。     

基于代理模型的车载雷达阵面风载疲劳分析

本文采用时域疲劳评估方法对风荷载作用下的结构疲劳寿命进行评估。准确的风载荷等效模型是结构时域响应预示的基础,高精度的时域响应预示方法是实现疲劳评估的关键。在风载荷模型等效方面,根据结构面临的实际载荷工况,通过CFD分析得到阵面在不同角度下的风压分布,利用响应面代理模型拟合出阵面各特征点的风压多项式,进而投影插值得到有限元网格单元上的风载荷曲线。在结构时域响应预示方法方面,发展基于直接法的结构时域响应预示方法,进而研究计算步长、计算格式等对计算精度和计算效率的影响,为疲劳评估提供准确的结构应力时间历程。在时域疲劳评估方法方面,采用雨流计数法对应力/应变的时间历程循环计数,结合材料的疲劳性能对结构进行疲劳寿命预测。基于以上研究,形成适用于工程计算的风载荷作用下的结构疲劳评估方法,为雷达结构设计提供参考。     

空空导弹吊挂疲劳寿命分析

针对空空导弹吊挂在挂飞过程中承受多种复杂多变的载荷(如挂飞振动载荷、机动抖振载荷、起飞着陆冲击载荷等)产生的疲劳破坏问题,研究利用仿真计算其疲劳寿命。在总结国内外最新疲劳理论研究的基础上,提出了基于有限元的时域和频域相结合的疲劳分析方法,在空空导弹吊挂的疲劳研究上形成了一套较为完善的分析流程。以某型空空导弹吊挂为研究对象,对其结构及工况特点进行了探讨和分析,借助Msc.Fatigue软件平台建立了吊挂的疲劳损伤模型,结合S-N曲线,计算出其疲劳损伤及其疲劳寿命,并总结出吊挂疲劳寿命的主要影响因素,对具体的型号研制工作有一定的指导意义和工程应用价值。     

温循载荷作用下电路板焊点的寿命评估

针对某CQFP封装形式的电路板在温循载荷作用下焊点开裂的现象,利用焊料的蠕变本构模型对其采用有限元方法进行分析计算,发现结构的最大蠕变应变位于引线边角焊点的上表面处,与试验现象符合。同时,采用应变疲劳模型对结构的寿命进行评估,计算的循环次数和试验吻合较好,为故障现象的机理研究及改进提供了一定的理论和方法支撑。     

一种U型波纹管强度及稳定性分析方法研究

使用Abaqus软件对运载火箭增压输送系统的某规格U型波纹管强度和稳定性进行分析,为模拟实际边界条件,在定义材料属性时,对U型波纹管易产生应力集中部位进行了材料强化处理。最后,将计算结果与试验结果进行分析,对比结果验证了有限元模型的准确性。文中的研究方法和结果为深入研究U型波纹管强度和稳定性分析方法提供了理论依据。     

微动疲劳研究的现状与展望

微动疲劳普遍存在于航空航天结构中,已成为工业中的癌症。回顾了微动磨擦学的发展历史,阐述了微动疲劳的损伤机理,介绍了微动疲劳试验的原理、方法;重点分析了微动疲劳的裂纹形成寿命及扩展寿命的计算方法,讨论了影响微动疲劳寿命的七个主要因素,对飞机结构微动疲劳研究的发展进行了展望。     

复杂管路结构动力学特性分析

采用计算模态分析和试验模态分析的方式,对包含焊接连接的复杂管路结构动力学特性进行研究。考虑内部零件的质量效应以及焊接连接对局部刚度的影响,建立了复杂管路结构的有限元分析模型,并开展了计算模态分析;采用锤击法和非接触式测量方法进行复杂管路结构的试验模态分析。对比仿真结果和试验结果可以发现:采用焊接建模方式可以提高焊接部位局部刚度,使得管路结构模态频率有所升高;管路结构两端固支边界条件下前五阶模态频率的计算结果与试验结果误差不超过3%;管路结构测点处的随机振动响应试验结果与仿真结果相差3.3dB。     

保险阀连通管疲劳断裂分析及结构改进

应用疲劳分析理论以及有限元失效分析方法,对保险阀疲劳断裂问题进行机理分析,结果表明振动环境下连通管受双向弯曲应力影响,连通管焊接根部存在明显的应力集中,容易发生疲劳破坏。依据分析结果对连通管采取了支架/卡箍固定并改善连通管走向的改进措施,对改进结构保险阀连通管进行微应变及振动疲劳寿命测试,试验结果表明改进结构改善了连通管应力分布,连通管疲劳寿命提高了3倍以上。试验结果也验证了分析方法的正确性和可靠性,本文分析及试验方法对结构件动强度及疲劳寿命的设计和验证具有一定的参考价值。     

高速向心滚子轴承准动力学分析

本文建立了一个准动力学模型以分析高速滚子轴承的打滑及滚子歪斜现象。模型对轴承轴向采用分片计算方法以解决偏载现象;在计算接触变形时考虑了与油膜厚度的关系;提出了如何判定承载滚子以减小计算量的方法。在大量计算的基础上,分析了轴承间隙、外载荷、转速、内圈倾斜及滚子数等因素对轴承打滑、滚子歪斜及轴承疲劳寿命的影响。其结论对轴承结构设汁有较大参考价值。所编的计算程序可作为实际轴承设计的辅助工具。     

基于响应面的结构抗疲劳优化设计方法

借助于试验设计和响应面近似模型技术,提出了一个结构细节抗疲劳优化设计的策略。其基本思想是在结构抗疲劳设计方法的指导下选取结构的设计变量,用试验设计方法在设计变量空间里选取样本点,对各样本点所对应的结构建立有限元模型并进行结构分析和疲劳寿命估算,得到各样本点的响应(结构质量和疲劳寿命),用这些样本点和响应建立疲劳寿命和质量的响应面近似模型,并对近似模型进行优化获得最优解。算例表明本文提出的结构抗疲劳优化的策略是十分有效的。     

板间摩擦对航空连接件疲劳性能的影响

针对某型飞机外翼下壁板典型连接件结构,建立了三维有限元接触模型,对其细节弹塑性应力进行了分析,并利用局部应力应变法估算了其疲劳寿命.研究发现,连接件的疲劳性能对搭接板之间的摩擦条件是较为敏感的,随着摩擦系数的减少,板之间的摩擦力下降,孔边局部应力增大,连接件的疲劳性能下降.最后,对不同摩擦条件下的航空模拟搭接试件进行疲劳试验,试验结果与寿命估算结果较为一致,验证了分析方法的有效性.     

GH150合金钢缝焊接头的疲劳寿命研究

为了研究发动机焊接机匣的疲劳寿命，本文根据发动机机匣的特点，设计了焊接试件，对ＧＨ１５０高温合金钢缝焊搭接接头的疲劳性能进行了测试，并用数理统计方法得到Ｓ－Ｎ曲线和Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线，及其缝焊接头的疲劳强度降低系数和疲劳寿命分散系数。研究结果表明，ＧＨ１５０合金钢虽静强度很高，但缝焊接头的疲劳强度极低，而缝焊接头的疲劳寿命分散系数较小     

天平与波纹管系统结构设计与有限元分析

为满足某飞机后机身风洞试验需求,研制了一种用金属波纹管密封测力天平的新型测力装置.利用密封原理,该装置的波纹管结构能有效地隔断风洞流场压力波动,使其内腔压力平衡,确保天平精确测量作用在飞机后机身上的气动载荷.通过对天平与波纹管系统进行合理的结构设计,以及应用有限元方法进行详尽的静态和动态力学分析,该装置得到了较为理想的设计结果.天平地面校准和风洞试验结果表明,波纹管密封效果好,对天平测力干扰小,达到了预期的试验要求.     

结构系统疲劳可靠性评估方法的研究

在考虑了工程结构承受疲劳载荷的各态历经性的基础上，结合了结构元件寿命随机分布形式和Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤理论，首先对元件在疲劳载荷作用下可靠性作了分析，给出了元件在不同疲劳载荷水平下可靠性参数的估算方法，并在此基础上对结构系统的疲劳可靠性进行了研究，找出其在疲劳载荷下的主要失效模式，从而提出了一种新的评估结构疲劳可靠性的方法。该方法通过对结构在服役过程中信息的分析，以风险值来评价并监控结构在不同时间失效的危险性，以便及时加以维修，从而最终保证结构的安全。最后用算例和试验结果进行了对比分析。     

无传载紧固孔的疲劳寿命估算

本文根据紧固件与紧固孔的间隙配合、平滑配合或干涉配合情况具有的不同接触应力和干涉应力、应变分析特点,研究了用Neuber方程分析孔边局部应力、应变等循环参数和用Manson-Coffio应变疲劳寿命方程估算无传载紧固孔的痨劳寿命方法。例举的紧固件与紧固孔不同配合试验件的疲劳寿命试验结果与本文利用应力严重系数法分别计算的结果对比表明,本文所述的无传载紧固孔疲劳寿命估算方法与试验结果是比较一致的。这一循环参数分析和疲劳寿命估算方法为典型机翼下壁板结构的疲劳寿命估算建立了基础。     

引入三参数S-N曲线的DFR法

将三参数S-N曲线引入传统的细节疲劳额定值DFR(Detail fatigue rating,DFR)法,使之适合于中长寿命区结构的疲劳可靠性分析.文中推导了常幅和多级载荷下结构疲劳可靠寿命的计算公式,给出了由试验数据确定结构DFR值和相关参数的方法.结果表明在中等寿命区,本文提出的方法与原DFR法的计算结果相差不大,并与试验结果符合较好;当长寿命区应力水平造成的疲劳损伤占主要部分时,原DFR法过于保守.     

结构多目标模糊优化设计

在传统结构优化设计的基础上。首次考虑疲劳断裂因素的影响,建立了以结构的静强度、疲劳、断裂、振动性能为模糊约束条件,以结构重量、疲劳寿命和断裂寿命为多个目标的结构多目标模糊优化设计模型。以此模型对一双梁式平直机翼进行了优化设计,设计结果表明：模糊多目标优化设计得到了比确定性多目标优化设计更小的翼梁总截面积;模糊优化设计放宽了对约束条件的限制,材料得到了更加有效的利用。     

监测复合材料结构剩余疲劳寿命的剩余刚度方法

通过疲劳试验获得了复合材料层合板刚度退化的两参数模型,基于此模型提出了复合材料结构剩余疲劳寿命监测的剩余刚度方法,它以实验室中获得的归一化的剩余刚度曲线为基准,结合复合材料结构疲劳危险点的实测剩余刚度值,预测该危险部位的剩余疲劳寿命。该方法抓住了复合材料结构刚度退化的本质,借助实测刚度值,消除了疲劳性能分散性的大部分影响。通过4种玻璃/环氧复合材料光滑试验件和中心孔试验件的疲劳试验结果对该方法进行了验证。结果显示,本方法可以准确地预测复合材料结构的剩余寿命,且仅需利用前20%左右的剩余刚度数据,预测结果便与试验结果吻合较好。     

高超声速飞行器舵面热气动弹性分析方法研究

利用修正的牛顿碰撞理论建立平板舵热结构气动力计算模型,完成非定常气动力计算,利用有限元方法建立温度场影响下舵面结构动力学模型,进而完成颤振稳定性分析。研究结果表明高温会导致控制舵颤振稳定性向坏发展。     

弧翼展开时间理论分析和试验研究

以一种带有弧形尾翼(以下简称弧翼)的结构装置为基本模型研究了其旋转情况下的弧翼展开时间计算方法,给出解析解表达式和数值计算方法;并根据该装置的结构形式和受力特点提出了一种简易的试验方法,并成功将该方法应用到了该种结构装置弧翼展开试验中,对比分析了试验和计算结果,表明展开时间计算方法是可用的。