涡轮榫接疲劳寿命评估及验证：研究现状及展望

介绍了涡轮榫接结构疲劳寿命评估技术的研究现状,分别从多场载荷分析、裂纹萌生寿命评估、裂纹扩展模拟和试验技术等方面探讨了现有研究的进展、不足以及发展趋势,重点论述了涡轮榫接结构使用寿命和损伤容限的评估方法。结果表明：现有的分析和试验方法能基本实现涡轮榫接的疲劳寿命评估,但由于各种局限性,工程适用性亟待提高,仍需稳健的载荷降阶分析方法、基于物理机制和数据驱动的寿命评估方法、载荷历程相关的裂纹扩展寿命评估方法和复杂热力环境下的试验技术,从而建立先进航空发动机涡轮榫接结构疲劳寿命评估及验证体系。     

疲劳裂纹扩展寿命预测概率模型

根据随机载荷谱作用下复杂构件危险部位疲劳裂纹扩展速率的随机特性，采用同步跟踪自校验算法，建立了用于复杂构件疲劳裂纹扩展寿命预测的概率模型。采用该模型用Monte－Carlo有限元混合方法做了多钉多层板复杂接头疲劳裂纹扩展寿命计算机仿真试验，给出了该构件疲劳全寿命分布规律。     

铝合金缺口件载荷谱小载荷删除与试验验证

小载荷删除方法是加速疲劳试验技术中的一种,现有的删除方法往往忽略了结构疲劳性能的随机性。本文将疲劳寿命看作连续的随机变量,采用概率距离定量描述小载荷删除前后疲劳寿命分布的差异程度,以删除谱与原始谱的疲劳寿命同分布为标准作为小载荷删除的方法。该方法考虑了结构疲劳性能的分散性,可根据结构的p-S-N曲线和载荷谱的应力分布函数计算相应的小载荷删除水平。对LC4CS铝合金缺口件在5种载荷谱下进行疲劳试验,结果表明,计算得到的删除谱与原始谱的疲劳寿命同分布,载荷循环数为原始谱的8.4%,节省了试验时间。     

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。     

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。     

LCCC电子封装结构的热疲劳寿命分析

以典型LCCC电子封装结构为研究对象,分别基于有限元仿真分析方法和工程算法开展电子封装结构在温循载荷作用下的疲劳寿命分析,分析结果表明,有限元仿真分析方法和工程算法所预测的结构疲劳寿命一致性较好。所探索的有限元方法和工程估算方法在解决电子封装结构的热疲劳寿命问题时具有很好地推广性。     

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。     

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。     

复合材料层合板冲击及冲击后疲劳寿命预测方法(英文)

现有含冲击损伤复合材料层合板的寿命预测方法是建立在冲击后复合材料层合板的疲劳性能基础之上的,导致模型和方法不具有通用性。因此,针对含冲击损伤的复合材料层合板,基于逐渐累积损伤理论和无损单向板的疲劳特性,建立一种具有普遍适用性的三维逐渐累积损伤的疲劳寿命预测方法。该方法可对不同铺层参数、不同几何尺寸以及不同冲击条件下层合板的疲劳寿命进行预测。为了在缺少冲击试验时也能实现受到冲击载荷后层合板的疲劳寿命预测,对层合板在冲击载荷及冲击后疲劳载荷作用下的破坏进行全程分析,将预测得到的冲击损伤状态用于分析冲击后的疲劳寿命。同时基于全程分析的方法,开发了参数化的复合材料层合结构冲击及冲击后疲劳破坏模拟程序。与试验对比,最大误差为7.78%。     

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。     

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。     

直升机结构腐蚀环境下的日历寿命估算

本文对常规的直升机结构定寿方法进行了改进和发展,综合考虑地面停放与空中环境对飞机结构使用寿命的影响,并依此建立了腐蚀环境影响系数;将Miner理论推广应用于评估腐蚀环境下的结构日历寿命,给出了在给定环境谱与载荷谱下的实际算例,验证了本文方法的可行性。     

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%。     

齿轮抗弯曲疲劳可靠度预测的方法

把齿轮弯曲疲劳失效处理成随机事件，以这个随机事件为研究对象，用齿轮抗弯曲疲劳的累积损伤强度ＫＷ和总疲劳损伤量ＤＷ来描述弯曲疲劳失效随机事件，得出用概率描述的弯曲疲劳的疲劳累积损伤模型。用这个计算模型，提出齿轮抗弯曲疲劳可靠度预测的方法。     

基于SolidEdge及ADAMS的牵引卷筒机构运动仿真

介绍一种新型液压牵引机卷筒机构的虚拟样机仿真方法。利用具有基于特征的建模和装配功能的CAD工具——So lidEdge建立了卷筒机构的几何模型,然后通过一种通用数据格式导入到M SC.ADAM S环境中。利用ADAM S软件进一步简化模型并建立虚拟样机。通过该联合建模方法,对牵引机卷筒机构进行动力学仿真,并对两卷筒输出的角速度和角加速度进行对比分析。与传统利用物理样机实验的方法相比,该方法更经济高效,便于产品的优化设计。     

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。     

飞机复合材料气动冲击响应抑制技术研究

由于高频涡流的作用,飞机局部复合材料构件承受面外气动冲击载荷,产生累积疲劳损伤.本文通过在复合材料壁板表面粘贴压电驱动器,采用传感器测量构件在气动冲击下的响应,应用自适应振动前馈原理,控制驱动器的驱动应变,从而抑制其动态响应,达到减小累积疲劳损伤的目的.试验结果表明,主要模态的应变幅值能够得到有效抑制.     

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。     

考虑不同载荷顺序下应力损伤模糊性的Miner法则

针对传统Miner法则无法考虑载荷加载顺序的缺陷，应用模糊理论分析了不同载荷顺序下疲劳极限附近的应力对构件造成疲劳损伤的模糊性，使修正后的模糊Miner理论能够较好地反映出载荷加载顺序对疲劳寿命的影响。算例分析结果表明，该方法可使疲劳寿命的预测误差由原来的61．6％减小到21．7％。