涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。     

发动机喷管延伸段振动疲劳评估方法

发动机喷管延伸段由管束式排放冷却段和气膜冷却单壁段组成,发动机运行过程中会受到较高应力、宽频振动以及高温环境等影响,因而在受力集中部位、焊缝最大应力区等薄弱环节比较容易出现裂纹等破坏形式。本文给出发动机喷管延伸段在高温高压环境下的静动强度、刚度、和薄壁结构常温下振动疲劳分析方法。建立了发动机喷管延伸段有限元分析模型,根据仿真分析结果评估结构强度是否满足设计要求,运用多种分析手段查找结构设计的相对薄弱环节,提出通过高温静强度和刚度以及疲劳寿命分析,并根据疲劳寿命反馈进行结构优化,为结构设计提供有效参考。     

基于ANSYS的飞机发动机压气机叶片模态分析

飞机发动机压气机叶片因振动而导致的疲劳裂纹故障是航空发动机主要故障之一。为了排除叶片的疲劳断裂故障,本文对压气机叶片进行模态分析,获得其模态参数,进而研究发动机的振动特性并对叶片的振动特性进行控制。这可以为飞机发动机压气机叶片的性能评估、结构裂纹检测、疲劳寿命、强度计算、故障诊断等提供依据。     

基于ABAQUS的某型发动机涡轮叶片静强度及振动特性分析

应用ABAQUS有限元分析软件对某型发动机涡轮叶片的静强度和振动特性进行分析,得到了涡轮叶片的应力和位移分布云图,验证了涡轮叶片静强度的可靠性,得出涡轮叶片的各阶固有频率及振型,并绘制坎贝尔共振曲线图,计算涡轮叶片在发动机各工况下的共振裕度,对其发生共振的可能性进行了分析。根据静强度和振动特性的仿真结果,对涡轮叶片的维护修理和发动机试车等方面提出了相应建议。     

三维疲劳裂纹扩展仿真的双重边界元法

运用双重边界元方法求解三维疲劳裂纹前沿的应力应变场,基于Forman理论、最小应变能密度法和Elber模型,采用增量步裂纹扩展分析方法,并根据裂纹几何形状的改变,对裂纹面进行网格重划分和迭代计算,模拟了三维裂纹的扩展和预测裂纹扩展寿命.获得了裂纹前沿各点的扩展长度、扩展方向和应力强度因子等特征量.扭力轴表面裂纹扩展的应用实例表明该方法正确合理.     

损伤金属结构的复合材料胶接修补实验研究

采用复合材料补片对损伤的金属飞机结构进行胶接修修亘，可以经济而有铲地恢复结构的承载能力和延长结构的使用寿命，通过金属材料裂纹板胶接修补前后的静强度和疲劳寿命对比,验证了这种修补方法的可行性和有效性，。实验结果表明；裂纹板经复合材料补片胶接修补后，其静强度和疲劳寿命均有显著的提高，并且增加补片的宽度或者减小补片的长度，都可以提高结构的修补效果。     

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。     

复合材料旋转壳静热强度问题

作为超低空超音速战术导弹的天线罩,遭受严重的空气动力和气动加热,还受电性能要求,常常采用复杂的复合材料旋转壳,这种结构的强度计算和强度试验都相当困难。本文扼要介绍了复合材料旋转壳静热联合强度计算,着重叙述了复合材料旋转壳静热联合强度试验中遇到的一系列问题及其所采取的解决方法。     

保险阀导向杆断裂故障分析及结构改进

应用疲劳寿命理论计算、有限元静/动强度分析及故障件失效分析等方法,对保险阀导向杆断裂问题进行机理分析,结果表明：保险阀导向杆断裂故障为导向杆设计动强度不足,导致导向杆双向弯曲应力集中区疲劳断裂。依据分析结果对保险阀结构进行了改进,改进结构的分析及试验结果,验证了改进措施有效,同时也证明了分析方法的正确性和可靠性。分析方法对结构件动强度及疲劳寿命分析具有一定的参考价值。     

用统计方法估算疲劳寿命的参数敏感性分析

本文以概率断裂力学的方法为基础,讨论了影响疲劳寿命的材料参数、初始裂纹尺寸和载荷等各参数的敏感性,并对计算疲劳寿命的随机样本容量进行了分析,从而提高了计算速度。另外,本文还对表面裂纹形状在扩展中的变化进行了讨论。     

基于有限元法的风洞结构故障诊断

针对2.4m风洞第一扩散段在运行过程中出现的裂纹现象,应用振动测试技术和有限元分析方法,进行了不同工况条件下振动测量和脉动压力测量,获得了结构在气流脉动压力作用下的主要振动频率范围.通过与有限元分析结果验证对比,诊断出了第一扩散段产生裂纹的原因在于内壳体裂纹板与气流长期耦合振动,结构疲劳从而导致出现裂纹.最后在此基础上提出了合理的整改方案,对结构进行了动力学修改.结果表明:结合振动测试,基于有限元法对风洞结构进行故障诊断是一种行之有效的方法.     

不同预腐蚀时间下微动对搭接件疲劳寿命影响研究

通过对不同预腐蚀时间下搭接件疲劳试验和断口宏微观的分析,得到不同预腐蚀时间下微动对搭接件疲劳寿命的影响规律。引入应力强度因子影响系数β用于修正微动效应对搭接件孔边裂纹应力强度因子的影响,针对不同腐蚀时间裂纹成核位置不同,利用裂纹扩展分析软件AFGROW建立了考虑微动影响的两种疲劳寿命计算模型。研究结果表明:微动和腐蚀的交互作用使搭接件的寿命减少更大,对于未腐蚀和腐蚀较轻的搭接件,由于微动作用,裂纹一般起源于螺栓孔处靠近螺栓孔沉孔区的螺栓体区,微动损伤占主导;对于腐蚀较重的搭接件,腐蚀占主导作用,裂纹一般起源于孔壁与接触面相交处。在考虑微动影响下,疲劳寿命预测值与试验值吻合较好,模型更加合理。     

TB200飞机无裂纹零号框改装方案剩余强度研究

基于有限元方法确定了造成TB200型飞机零号框裂纹的主要应力分量，验证了有限元分析模型的可靠性。对零号框损伤后结构的应力状态进行了分析，说明了对未损伤结构进行加固改装的必要性。给出了对未损伤零号框结构进行加固改装的方案，分析了改装后结构的应力状态和表征剩余强度的静强度恢复系数。计算结果表明加固改装方案能有效降低零号框应力，载荷主要由零号框加强片承担，结构剩余静强度高于框原始状态静强度。预测了加固改装后结构出现损伤的具体位置和损伤形式。     

块谱特征和疲劳裂纹的随机扩展

定义了疲劳载荷谱的两个特征参数：块谱强度和形状因子，由此去描述载荷谱的特征，并研究了特征参数和疲劳裂纹扩展之间的关系。分析结果表明：块谱强度是疲劳裂纹扩展的平均驱动力，而形状因子是给定疲劳寿命下裂纹尺寸方差的主要来源。     

飞机舵机作动器局部应力与疲劳寿命分析

通过有限元分析软件ANSYS Workbench对飞机舵机作动器进行了力学分析建模,通过引入非线性接触设置模拟了作动器筒体的实际工作的接触效应,分析了结构在复杂工作状态下的局部应力分布,并且根据第四强度理论校核了结构的静强度设计;然后,在静力分析的基础上,根据第一强度理论确定结构的疲劳危险点,并结合名义应力法和线性累积损伤理论估算了结构在设计疲劳谱下的疲劳寿命。本文的分析流程可以给工程设计单位在处理类似复杂航空结构的静强度与安全寿命设计问题方面提供参考。     

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。     

飞机结构局部腐蚀容限研究

提出了腐蚀容限的概念。计算了任意腐蚀坑半径下的疲劳缺口系数Kf及腐蚀疲劳寿命，综合分析某飞机前梁腹板的疲劳强度、静强度、结构稳定性后，确定了该部位的腐蚀容限。     

焊接结构对某型金属波纹管使用寿命的影响分析

针对某补偿器波纹管出现的疲劳泄漏问题,开展了焊接结构对波纹管使用寿命的影响分析研究。首先,利用微结构分析的方法研究焊接结构形貌特性,并分析裂纹扩展机理,建立焊接结构的有限元模型;然后,利用子模型方法,对不同厚度焊缝的工作应力进行了计算分析,并提出波纹管焊接结构优化方案;最后,基于计算结果和疲劳寿命理论,对原始、改进波纹管焊接结构抗疲劳能力进行了分析。结果表明:1)原始焊接状态下,波纹管上封头连接环处易出现焊接缺陷,厚、薄焊缝处最大应力分别为462.84MPa和816.81MPa,超出了材料的疲劳极限,是波纹管低周疲劳破坏的主要原因;2)理想无焊接缺陷状态下,该型波纹管上封头连接环焊缝区的最大应力大约为260MPa,安全系数约为2;3)改进型波纹管连接环焊缝焊趾区最大应力为113MPa,安全系数约为4。本文的研究可为金属类波纹管的焊接结构优化和耐久性分析提供参考。     

轴向共振控制的结构疲劳裂纹扩展分析

针对工程结构共振疲劳问题,提出一种激励频率跟踪随裂纹扩展变化的固有频率的加载方法,并对共振频带激励的裂纹悬臂杆进行理论分析.分析过程中,采用线性弹簧等效裂纹单元,复弹性模量考虑阻尼行为,得到考虑激励幅值、激励频率、阻尼以及裂纹长度等因素的动应力.利用Paris方程模拟裂纹扩展过程,分析阻尼对共振结构疲劳裂纹扩展寿命的影响.结果显示:裂纹扩展使结构共振频率下降;阻尼较小时,阻尼变化对疲劳裂纹扩展寿命的影响并不显著;阻尼达到一定值后,裂纹扩展速率迅速下降,可能发生止裂现象;越低阶模态振动,裂纹扩展速率越大,对应的疲劳裂纹扩展寿命越短.     

振动环境下焊点疲劳失效与裂纹扩展分析

采用子结构方法对振动加载条件下组装有EBGA器件的印制电路板系统进行有限元建模,研究了振动环境下焊点疲劳速率与环境温度、振动频率之间的关系;然后又利用局部/整体相结合的方法对EBGA焊点中由于热循环试验导致的微裂纹在振动试验条件下的扩展情况进行了分析,研究结论可以为HALT试验中振动试验方案的制订以及热循环与振动试验结合方式的优化提供理论指南,最后对分析结果进行了试验验证。