V型缺口根部裂纹应力强度因子的有限元分析

各种宏微观缺口会导致局部的应力/应变集中,疲劳裂纹往往萌生于缺口根部,缺口根部与裂纹前沿的三维应力场相互作用使得缺口根部裂纹前沿的应力场非常复杂,很难得到精确的解析解.文中利用三维有限元方法系统研究了V型缺口根部裂纹前沿的三维应力场,分析了缺口约束对裂纹前沿应力状态的影响,建立了考虑缺口约束影响的应力强度因子经验解,对实际应用具有指导意义.     

拉扭加载下疲劳裂纹扩展的试验研究

对航空材料LY12CZ进行了多种比例和非比例拉扭双轴加载下的疲劳试验。采用弹塑性有限元方法对缺口孔边的应力应变进行了分析,探讨疲劳裂纹扩展方向与孔边各应力和应变分量之间的关系。比较分析结果与试验数据得出比例加载下,疲劳裂纹基本上在垂直于最大主应变方向扩展。45°及90°非比例加载下,疲劳裂纹沿着最大剪应变平面扩展。     

陶瓷材料压缩加载下的动态失效研究

利用脆性材料的动态应力强度因子与裂纹传播速度相关，考虑氧化铝陶瓷动态断裂韧性与静态断裂韧性的差异，采用新的裂纹扩展破坏判据对分枝裂纹阵模型进行改进。在SHPB（分离式Hopkinson压杆）上进行了单轴应力和单轴应变实验，所测得的实验结果与改进的分枝裂纹阵模型计算结果符合较好。     

表面疲劳裂纹监测系统研制

首先介绍了直流电位法－裂纹扩展片检测裂纹的方法和原理。根据直流电位法原理,采用裂纹扩展片测试裂纹的方法。研制了表面疲裂纹监测系统。通过监测系统软件设计,实现对采样数据,波形和图形进行实时屏幕显示,对表面疲劳裂纹扩展进行动态监视。对于不同应力水平作用下的循环时间可计时累加并再现,可为疲劳裂纹形成寿命的预测提供依据。     

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。     

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。     

实心/空心杆结构的损伤容限与疲劳寿命估算

对飞机辅助动力装置的支撑杆(实心和空心)的损伤容限进行了研究.该研究探索一旦支撑杆损伤出现微小裂纹,飞机是否还能够安全着陆.首先,计算了两种可能用作支杆结构的裂纹应力强度因子KI,并提出了等应力强度因子的计算模型iso-KI,该模型避免使用材料参数,采用有限元法计算裂纹.然后,将问题进行了参数化,对于不同的材料、内外径比(Din/Dout)及外部裂纹扩展角(θ),得到了通用的应力强度因子KI与裂纹尺寸的关系.最后,用面向对象编程方法,将计算结果集成到程序中,在有统计载荷谱的情况下,可以估算出支撑杆的损伤容限寿命.     

压电体表面Maxwell应力对断裂的效应

研究了压电固体外表面Maxwell应力和裂纹内表面Maxwell应力对断裂的效应。采用复变函数理论与Stroh公式,理论分析了半穿透裂纹内外环境介质对电场、裂纹张开位移以及裂纹应力强度因子的影响,并通过数值算例讨论了在纯电场作用下以及在力-电耦合载荷作用下裂纹的扩展行为。结果表明,压电体表面的Maxwell应力对裂纹的扩展有重要的影响。     

疲劳S-N曲线预测的三维断裂力学方法

根据旋转弯典圆棒疲劳断口分析,给出了裂纹几何参量及应用强度因子随裂纹扩展的变化规律,采用考虑三维应力约束效应的断裂力学理论及常幅载荷下材料的疲劳裂纹扩展da/dN-ΔK曲线,得到了独立于试件几何形状和应力比的材料da/dN-ΔKeff基准数据,结合断口分析所得的应力强度因子以及材料da/dN-Δkeff数据,以三种旋转弯曲圆棒S－N（应力－疲劳寿命）曲线进行了预测,结果表明,本文预测的疲劳S－N曲线和试验的结果较为吻合,本文的S－N曲线断裂力学预测方法对确定结构全寿命具有实际指导意义,同时也揭示了发展疲劳断裂统一理论的可行性。     

飞机结构腐蚀搭接件应力应变分析

通过对一架退役飞机分解检查，发现搭接件外表面光滑，而搭接面腐蚀很严重。利用三维有限元法定性地分析腐蚀产物膨胀作用的“垫枕效应”，得到了蒙皮板的应力应变的分布情况，确定了疲劳裂纹可能的形成位置，讨论了孔蚀对搭接件蒙皮应力应变分布的影响。     

应变测量数据在全尺寸飞机结构疲劳试验裂纹检测中的应用

通过对全尺寸飞机疲劳试验中同一载荷状态下多次重复测量应变数据的统计分析,根据其变化规律和贴片位置,预估飞机结构可能产生裂纹的区域,并利用无损检测确定裂纹的具体位置和长度,为全尺寸飞机疲劳试验探索一种新的裂纹检测方法。     

劲条止裂性能的分析方法

对于含裂壁板，采用劲条进行局部加强，可以阻止或延缓裂纹的扩展。本文对此作了理论分析，提出了劲条跨过裂纹对称加强时，裂纹尖端、劲条与壁板胶结界点以及劲条端点处应力强度因子的计算方法。在此基础上，通过数值计算，考察了劲条的刚度参数以及问题的一些几何特征参数对劲条止裂性能的影响规律。结果表明，本文方法对于劲条止裂性能的分析是有效的，它不仅能够准确地处理其中的应力奇异性问题，而且运算快速省时，便于进行优化设计。     

疲劳裂纹扩展门槛值试验方法的探讨

本文就恒K控制的K梯度法疲劳裂纹扩展门槛值试验的实施方法。从硬件、软件及数值处理等方面进行了探讨,提出了用软、硬件滤波相结合的方法来减小裂纹长度测量值的波动,以提高试验的测量与控制精度。同时讨论了采用通用性较好的能描述全过程的疲劳裂纹扩展速率表达式进行外推估计疲劳门槛值的方法及其实际应用。本文也指出用王永廉提出的表达式将包含有低速扩展段数据点的试验数据进行曲线拟合外推,即能得到实用的门槛值数据,而试验时间比标准试验要少得多。     

老龄结构分析中腐蚀坑与等效裂纹间的量化关系

通过对航空结构的主体材料LY12-CZ进行预腐蚀试验,得到在不同条件下的腐蚀坑尺寸,然后进行疲劳试验并得到试验件寿命,再利用蒙特卡罗(MonteCarlo)方法对Paris公式进行数值积分并求解非线性方程,从而确定了与已知尺寸腐蚀坑有相同寿命所对应的等效表面裂纹的尺寸,最后把等效裂纹和腐蚀坑的尺寸分别代到模拟软件AFGROW内进行寿命预测并和试验疲劳寿命进行了比较。结果发现,把腐蚀坑等效为具有相同寿命的表面裂纹时,等效表面裂纹的尺寸比对应腐蚀的尺寸小19.7%-22.5%。     

腐蚀环境对LC4CS铝合金疲劳裂纹闭合的影响

采用透射电子显微镜观察了３．５％ＮａＣｌ溶液中的ＬＣ４ＣＳ薄膜试样裂纹扩展，并用俄歇能谱仪对ＬＣ４ＣＳ铝合金边缺口试件在３．５％ＮａＣｌ溶液中腐蚀疲劳裂纹面进行了测试。结果表明，腐蚀介质使薄膜试样理解纹扩展，裂纹面有腐蚀产物生成；腐蚀疲劳裂纹面生成的致密的钝化膜抑制了腐蚀产物的进一步发展，分析认为，３．５％ＮａＣｌ溶液中ＬＣ４ＣＳ铝合金裂纹闭合与干燥空气中相同。     

腐蚀条件下结构耐久性分析裂纹扩展规律研究

建立了考虑腐蚀影响的耐久性分析相对小裂纹扩展公式。将腐蚀条件下结构使用过程简化为相互独立的停放预腐蚀和腐蚀疲劳过程。以一般环境下的耐久性分析相对小裂纹扩展公式为基础。考虑地面停放环境和腐蚀疲劳的影响。引入地面停放预腐蚀影响系数和腐蚀疲劳影响系数，建立腐蚀条件下考虑环境影响和应力水平的裂纹扩展模型。为腐蚀条件下结构耐久性分析奠定基础。     

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。     

疲劳裂纹尖端塑性变形的研究

采用弹塑性有限元方法研究了疲劳裂纹尖端的塑性区形状和尺寸以及加载与卸载过程中裂纹面形状的变化，通过比较相同条件下静态裂纹与疲劳裂纹面张开位移的差异，研究了疲劳裂纹尖端尾纹中残留塑性变形的形成，讨论了裂纹尖端尾纹中残留塑性变形对裂纹闭合现象的影响。