自动钻铆装备的激光测量系统法向误差研究

飞机装配中铆接部位的孔垂直度直接影响铆钉的连接质量和疲劳寿命,进而影响飞机的力学性能。为了保证飞机铆接垂直度要求,必须分析自动钻铆系统法向误差的影响因素。首先,确定了倾角误差、数学模型的线性误差与法向误差的关系。其次,给出了激光位移传感器安装参数的选取规律,并研究了其对位姿标定的影响。最后,实验验证了安装参数优化后的实际效果。研究结果可为法向测量装置的设计与分析提供理论指导,对于提升自动钻铆系统的法向精度,进而保证孔垂直度要求具有重要意义。     

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。     

圆筒形铆接结构中铆钉的数值模拟

介绍了有限元计算中耦合节点法、多点约束(MPC)单元和梁单元等三种铆钉模拟方法的原理和使用方法。以某导弹结构抽象出的圆筒型铆接结构为例,分别用三种方法模拟结构中的铆钉,通过对三种方法的有限元结果进行比较分析,得出结论:三种方法均可正确合理的模拟铆钉;对以剪切破坏、挤压破坏和两者的组合破坏为主的圆筒型铆接结构可以采用耦合节点法模拟铆钉;对于需要考虑铆钉所受轴力的情况,可以采用MPC单元法或梁单元法模拟铆钉。     

轴压铆接加筋板局部屈曲弹性支持分析方法

考虑铆钉连接对筋条扭转弹性支持作用的影响，利用三角函数构造筋条在铆钉连接情况下的扭转支持刚度，采用里兹能量法建立轴压铆接加筋平板蒙皮局部屈曲问题的弹性支持理论分析模型及分析方法。分别采用试验方法、有限元方法、工程简化分析方法和本文分析方法对典型轴压金属Z形铆接加筋平板的蒙皮局部屈曲临界应力进行算例分析，验证了本文分析方法的合理性。在此基础上进一步研究了不同的铆钉间距和铆钉连接方式对加筋板蒙皮局部屈曲临界应力的影响。结果表明：在Z形加筋板结构形式、尺寸、铆钉间距皆为工程常用范围的前提之下，若铆钉连接方式不变，改变铆钉间距对屈曲临界应力影响不足1%；若铆钉间距不变，单排连接改为双排或者交错排可以提高屈曲临界应力约11%。     

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.     

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。     

剥蚀对含孔试件疲劳寿命影响研究

剥蚀是影响老龄飞机结构完整性的重要因素之一。本文对LY12CZ铝合金含孔试件进行了预剥蚀疲劳试验,试验结果表明剥蚀使疲劳寿命下降,但其与剥蚀程度并不成正比。运用MSC.Marc中的单元"软化"技术模拟了剥蚀对试件应力分布影响,结果表明最大主应力不但与腐蚀深度有关,还与腐蚀形貌和位置有关。最后基于材料的初始不连续状态(initial discontinuity state,IDS),建立了评估剥蚀对含孔试件疲劳寿命影响的模型。预测值与试验结果比较表明,该模型预测结果精确,方法可靠。     

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。     

基于连续损伤力学的铝合金冲击局部损伤及后继疲劳寿命

基于连续损伤力学理论,对2A12铝合金冲击局部损伤及后继疲劳寿命进行了研究。首先采用有限元方法模拟了冲击过程,获得冲击凹坑局部的残余应力场与塑性应变场;然后根据残余应力状态选取疲劳破坏的危险点,通过Lermaitre塑性损伤模型得到危险点的初始损伤;最后根据修正的Chaboche疲劳损伤模型估算疲劳寿命。通过与相关的试验结果进行对比验证,表明连续损伤力学结合有限元分析方法可有效评估金属结构冲击损伤及后继疲劳寿命。     

含腐蚀坑点的管道剩余寿命研究

研究了节流孔板引起的压差对含腐蚀坑点的管道系统的影响.通过Flowmaster2[1]对含节流孔板管路系统进行整体流体特性分析,得到有关节点的压力脉动.利用ABAQUS对含节流孔板并在其前预设一个腐蚀坑点的管路系统中的一段直管进行有限元分析计算,获得腐蚀坑点的应力响应.提出了综合考虑腐蚀速度和应力疲劳的含腐蚀坑点管道剩余寿命预测方法.     

Vibration Fatigue Probabilistic Life Prediction Model and Method for Blade

Vibration fatigue is one of the main failure modes of blade.The vibration fatigue life of blade is scattered caused by manufacture error,material property dispersion and external excitation randomness.A new vibration fatigue probabilistic life prediction model(VFPLPM)and a prediction method are proposed in this paper.Firstly,as one-dimensional volumetric method(ODVM)only considers the principle calculation direction,a three-dimensional space vector volumetric method(TSVVM)is proposed to improve fatigue life prediction accuracy for actual threedimensional engineering structure.Secondly,based on the two volumetric methods(ODVM and TSVVM),the material C-P-S-N fatigue curve model(CFCM)and the maximum entropy quantile function model(MEQFM),VFPLPM is established to predict the vibration fatigue probabilistic life of blade.The VFPLPM is combined with maximum stress method(MSM),ODVM and TSVVM to estimate vibration fatigue probabilistic life of blade simulator by finite element simulation,and is verified by vibration fatigue test.The results show that all of the three methods can predict the vibration fatigue probabilistic life of blade simulator well.VFPLPM TSVVM method has the highest computational accuracy for considering stress gradient effect not only in the principle calculation direction but also in other space vector directions.     

冷挤压孔的有限元分析研究(英文)

带切缝衬套的冷挤压强化技术由于引入了残余应力,可以显著提高飞机紧固件孔的疲劳寿命。本文针对目前的研究冷挤压孔边残余应力,大都采用基于厚壁圆筒的轴对称小变形、平面应力状态、孔边受力为均布载荷等假设所带来的不足,提出了采用三维分析模型,并考虑衬套对孔边受力的影响、试件在孔轴线方向上的应力差异等因素,研究了带衬套挤压件在加载、卸载及疲劳拉伸载荷状态下的应力分布,并与无衬套挤压时的状态进行比较,从机理上揭示了带衬套挤压在改善试件抗疲劳性能方面的优势。     

基于局部应力应变法估算高周疲劳寿命

以往用局部应力应变法计算结构高周疲劳寿命不好的主要原因是在损伤与寿命计算中没有考虑缺口应力梯度等的影响。文中利用疲劳缺口系数对应变－寿命曲线的弹性分量进行修正，从而可以较好地反映缺口根部应力梯度等对疲劳寿命的影响，使得局部应力应变法不仅可适用于低周疲劳寿命分析，也用可以用于高周疲劳寿命分析。文中给出的方法简单，精度了，便于工程应用。     

三维四向编织复合材料疲劳性能分析

建立基于八边形纤维束截面假设的三维四向编织复合材料单胞模型。基于单向复合材料疲劳剩余刚度和剩余强度模型,结合组分材料的疲劳失效判据和性能突降方法,建立了三维四向编织复合材料疲劳寿命预测模型。利用ABAQUS有限元软件UMAT开发了疲劳寿命预测与渐进损伤分析程序,研究了三维四向编织复合材料在不同应力水平下的损伤扩展过程和疲劳寿命。研究表明,疲劳损伤是从纤维束之间的接触面的单元开始发生损伤破坏,然后向纤维束表面以及纤维束内部开始扩散,并且损伤扩展速率随着应力水平的提高而加快。本文研究为预测三维四向编织复合材料的疲劳寿命提供了一种途径。     

基于物理原型的结构疲劳寿命评估方法

结构所受的真实载荷历程是实现疲劳寿命监控的核心。本文面向结构疲劳寿命在线监测提出了一种基于物理原型的疲劳载荷的反演和寿命评估方法。通过对潜在疲劳危险部位附近的应变场监测,依据结构疲劳危险部位的物理原型,反演结构所受外载荷;然后按照结构疲劳寿命分析方法获得结构的疲劳寿命。完成了一个耳片疲劳寿命在线监测试验,结果表明了本方法的可行性和有效性。     

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。     

工程构件疲劳寿命估算的三维临界域法

临界域法将缺口附近区域中某点、线或面上的应力特征值作为材料失效的判断条件,能较合理地解释缺口效应现象,因此被认为是一类具有工程应用前景的缺口件疲劳寿命估算方法。本文首先结合三维工程结构的实际特点,详细阐述了适用于三维结构的应力场强法和临界距离法,对其中若干参数进行了准确定义和描述。然后,本文分别使用这两种方法和名义应力法对某型航空发动机轮盘进行了疲劳寿命估算。结果表明,本文给出的适用于三维结构的应力场强法、临界距离法能很好地预测航空发动机轮盘的疲劳寿命;而且相比于名义应力法,预测效果更好。     

复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型

采用有限元方法发展了一个复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型,模型给出了复合材料层合板刚度退化、内部损伤和损伤累积规律,把层合板的失效过程模拟成单元刚度逐步退化、应力不断重新分布、单元损伤不断累积的动态过程。利用ANSYS软件进行了两个算例分析,分析预测结果与试验结果吻合较好。     

基于灰色系统GM（1，1）模型的疲劳寿命预测方法

将疲劳现象视为存在于一个灰色系统中,提出了运用灰色系统理论,通过建立灰色系统GM(1,1)模型预测构件疲劳寿命的新方法。对某试件的实验数据进行分析和计算。结果表明,该方法使疲劳寿命预测误差由原来的61.4%减小到24.1%,预测结果偏于安全,说明该方法具有较好的预测精度和工程实用价值。     

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.