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。     

一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法

提出了一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法。首先,运用弹塑性理论模型求解出铆接造成的铆钉孔周边的残余应力。然后,通过三维弹塑性、接触非线性有限元分析(Finite element method,FEM),计算出载荷传递引起的铆钉孔周围的应力分布。将这两个应力场进行叠加,并将沿径向距离疲劳危险部位应力最大处特定距离的点的应力,对照相关材料的光滑试件S-N曲线进行插值,得到疲劳寿命的评估结果。新方法与应力严重系数法(Stress severity factor,SSF)法进行了对比,并通过试验验证了该方法的可行性和准确性。     

随机振动载荷下缺口件疲劳寿命分析的频域法

提出了一个考虑应力集中和疲劳极限影响的缺口件频域随机振动疲劳寿命估算方法.首先进行随机振动分析,得到应力响应功率谱密度,用疲劳缺口系数考虑孔边应力集中的影响;然后采用三参数S-N曲线近似公式在频域内进行疲劳寿命估算,考虑疲劳极限的影响.算例结果表明:考虑应力集中和疲劳极限影响的带孔板频域随机振动疲劳寿命估算结果与实验值非常接近.     

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。     

开孔变刚度层合板压缩屈曲性能研究

针对开孔变刚度层合板,建立3种尺寸的层合板有限元模型,采用了线性屈曲、引入残余热应力的线性屈曲和引入初始缺陷的非线性屈曲的3种分析方法,研究了开孔层合板在压缩条件下的屈曲行为,并通过自动铺丝制造层合板进行试验对比,对3种方法的合理性进行了分析。结果表明,引入残余热应力的线性屈曲分析方法与试验结果最吻合,两者仅相差0.63%。基于该方法,讨论开孔层合板残余热应力分布特点和应力水平,得出了开孔层合板的应力分布云图和应力分布规律,计算出残余热应力对开孔复合材料层合的屈曲影响。结果表明,残余热应力对传统直线开孔层合板的屈曲载荷影响很小,仅提高了3.57%,但大大提高了变刚度开孔层合板的屈曲载荷,最多可达23.40%。说明纤维曲线铺放可以改变内部残余热应力的分布,提高整个开孔层合板承载压缩载荷的能力。     

含有任意多个椭圆孔弹性板的应力场计算

本文应用弹性力学的复变函数理论,用多保角变换的方法,导出了含有任意多个椭圆孔的无限大弹性板多复变量应力函数的表达式。每个孔的大小、位置和孔边作用的载荷均为任意指定。板的无限远处作用有和坐标轴方向一致的均匀拉压载荷P_x,P_y和均匀剪切载荷P_(xy)。并在孔边进行复Fourier级数展开,用待定系数法确定应力函数的未知系数,从而计算弹性板的应力场。编制了相应的FORTRAN77标准化程序,进行了考题和算例分析,给出了级数的收敛状况和孔边周向应力的分布图。     

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.     

SiC／A12O3纳米复合材料压痕周围残余应力的压谱特性研究

提出了用拉曼显微镜测试SiC／A12O3纳米复合材料表层V氏压痕周围残余应力的新方法。试验结果表明，其荧光光谱R曲线峰频率随高压痕中心的距离大小而变化，压头施加在材料上的载荷的大小，严重影响R曲线频率的变化。中假定应力张量横向各向异性，并以加压之前材料的荧光光谱作为基值，确定压痕周围的残余应力。最后，采用等静应力解释并比较了压痕周围残余应力与压痕载荷、高压痕中心距离之间的关系．     

爆炸载荷作用下带裂纹试件修补后动态断裂实验研究

本文采用用爆炸冲击加载装置，对带裂纹韧性材料三点弯曲试件，进行了裂纹修补后的动态断裂实验研究。实验结果表明，在强冲击载荷作用下，带裂纹试件修补后的抗断强度可提高２－３倍。因而证明，裂方修补技术用于韧性材料的强冲击载荷作用下的防断裂问题有意义的。也是可行的。同时本文运用全塑性应力分析，给出了修补后试件纹启裂时的材料动态裂韧性ＣＴＯＤ的实验结果。     

高强度钢内螺纹冷挤压成形与强化试验研究

内螺纹冷挤压成形是提高内螺纹疲劳强度的有效方法.作者研制出挤压扭矩和温度的测量系统,并从理论上证明了挤压变形区金属在挤压过程中受到三向压应力的作用,这可以大大增加金属的塑性,改善内螺纹的成形条件.高强度钢内螺纹成形与强化的关键在于挤压丝锥结构的优化设计以及工件底孔尺寸、挤压速度和冷却润滑液的合理选择.疲劳对比试验结果表明:在两个不同应力水平下,用挤压丝锥挤压强化的300M高强度钢螺纹,其寿命是切削螺纹的4～30倍.     

冷胀孔单边穿透裂纹的应力强度因子计算方法

给出孔单边穿透裂纹在残余应力作用下的应力强度因子计算方法和步骤，并用算例检验此方法的准确性。对于残余应力场已知的冷胀孔，用本文方法求孔单边穿透裂纹的应力强度因子是简单和准确的。     

弹流润滑对齿轮接触疲劳寿命影响研究

现有齿轮传动接触疲劳强度校核主要以干接触下最大赫兹应力为指标，而齿轮往往是在润滑条件下工作，且受时变次表面应力场的作用。本文结合齿轮几何学、运动学参数及润滑特性，考虑接触曲率半径、卷吸速度、齿间啮合力等时变量，建立齿轮弹流润滑接触分析模型；利用DC-FFT算法求解次表面应力场，结合临界平面疲劳准则，研究齿轮接触过程中的疲劳寿命和裂纹萌生机理,讨论工况变化对疲劳寿命影响规律。结果表明：弹流润滑条件下齿轮疲劳寿命相对于赫兹干接触有明显提升，这是由于齿面压力变化导致的次表面应力场变化改变了临界平面角，使等效疲劳参数减小，齿轮接触疲劳寿命增加；输入扭矩的增加将大幅降低疲劳寿命，二者变化呈现非线性关系，且会使裂纹萌生位置远离齿面，在等温牛顿流体情况下，转速变化对疲劳寿命的影响相对较小。     

基于SFEM的结构元件疲劳可靠性分析

将结构元件的弹性模量、泊松比、几何尺寸定义为随机场,并将随机场离散成随机变量,将抗拉强度定义为随机变量,采用Monte Carlo随机有限元法(MCSFEM),给出了元件危险点应力的随机分布。由危险点应力分布、材料的p-S-N曲线和Miner理论给出了概率名义应力法,计算常幅载荷下元件的寿命分布,并利用剩余寿命模型计算元件的可靠度。给出了两个算例,结果表明:计算结果与试验结果吻合良好。     

喷丸强化10Ni3MnCuAl钢的表面性能

对10Ni3MnCuAl钢磨削表面进行不同强度的喷丸强化处理,分析了喷丸强化后10Ni3MnCuAl钢的金相组织及喷丸表层下微观结构的变化,测量了喷丸影响层的显微硬度以及喷丸强化所形成的残余压应力场, 研究了喷丸所造成显微硬度、金相组织和表面残余应力等表面完整变化.结果表明, 喷丸强化可显著改善10Ni3MnCuAl钢表面完整性及其疲劳寿命. 喷丸强度高时将产生过喷效应,导致疲劳寿命的降低,实验测得最佳喷丸强化弧高值为0.40 mm时表面质量最好,喷丸影响层的残余应力深度达450 μm.     

干涉配合紧固件孔的弹塑性工程分析

本文根据厚壁筒概念,以平面应变、有限边界情况和理想塑性材料的假定,对铆接或螺接干涉配合紧固件孔边的应力场进行了弹塑性工程分析,给出了便于分析使用的计算弹性配合的极限干涉量,塑性配合的塑性区半径,弹、塑性区内的径向和周向应力分布等参数方程式,这些参数和参数方程式对紧固件孔的疲劳设计和生产工艺都具有十分重要的意义。 应用分析说明了铆距和耳片外边界半径对所得结果的影响,以及平面应变和理想塑性材料与平面应力和幕强化塑性材料假定对于孔边应力分布的影响。     

复合材料拉伸剩余强度及其分布

复合材料剩余强度是强度退化疲劳寿命预测模型的基础，本文研究了连续纤维树脂基复合材料（ＦＲＰ）的剩余强度随疲劳载荷加载次数退化的规律，按照ＦＲＰ疲劳损伤的产生和发展的规律，提出了一个ＦＲＰ剩余强度退化的模型，并得到了大量的实验结果的支持。在此基础上提出了一个复合材料剩余强度退化的统计模型：在寿命的初始，剩余强度即为静强度，服从Ｗｅｉｂｕｌ分布；在寿命结束时，即为疲劳强度，服从Ｗｅｉｂｕｌ分布；在不同时刻剩余强度也服从Ｗｅｉｂｕｌ分布，且其方差随加载次数线性变化     

结构元件疲劳可靠性估算的剩余寿命模型

从安全余量的定义出发，提出了一个估算结构元件疲劳可靠性的剩余寿命模型，基于常幅载荷下，疲劳寿命可用对数正态函数分布描述，本文分析了常幅和变幅载荷作用下材料的疲劳剩余寿命的分布形式，认为可用带位置参数的对数正态函数近似描述。在此基础上，系统阐述了元件在常幅和多级载荷下的疲劳可靠性分析方法。3个算例表明：预测结果与试验结果符合很好，本文给出的剩余寿命模型是合理的。     

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.