民机全机疲劳试验综合加速技术研究与验证

民机全机疲劳试验关系到适航取证和服役使用，为缩短疲劳试验时间，从载荷谱简化和试验过程提速两方面进行综合性加速技术研究。对细节疲劳额定值(DFR)法改进使之适用于全寿命区间后，基于改进DFR法提出了以损伤比为判断标准的载荷谱等损伤折算方法，通过小试验件验证了载荷谱简化方法的正确性，并将其应用于全机疲劳试验。载荷谱简化后各任务段的总循环次数大幅减少，采用简化谱的后机身试验损伤结果与原谱全机试验基本相同，说明了该方法适用于全机试验。在试验设计和实施阶段，提出了快速载荷处理的载荷整体平衡优化方法和缩短每循环加载时长的分段等速率加载优化方法，载荷处理结果误差均满足设计要求，优化后的平均每日起落数由48提高到90。     

金属涂层的日历寿命计算公式和试验方法

通过涂层腐蚀损伤试验研究,发现涂层有与金属腐蚀温度-时间(T-H)曲线一致的T-H曲线,而且还有相同的使用环境谱。由于金属日历寿命计算公式正是根据T-H曲线和使用环境谱推导出来的,因此涂层的日历寿命计算公式与金属日历寿命计算公式相同。通过试验研究,还发现金属涂层对试验温度敏感且有规律,由此获得涂层日历寿命的有效试验方法是提高试验温度。为验证上述结论,进行了铝涂层日历寿命的理论计算和试验实例对比研究。     

C-T曲线通用性分析和试验研究

提出了疲劳寿命预腐蚀影响系数曲线(C-T曲线)通用性分析的C值直接对比法和C-T曲线参数统计对比法,并进行相关试验研究,得到了C-T曲线和载荷谱、应力水平以及裂纹尺寸基本无关的结论。C-T曲线是进行腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定和分析的基础,为验证分析C-T曲线和载荷谱、应力水平以及裂纹尺寸的相关性,从C的定义和分布规律出发,提出了C值直接对比法和C-T曲线参数统计对比法,近似谱、不同恒幅应力水平以及不同指定裂纹尺寸下的预腐蚀疲劳寿命数据均表明了C-T曲线基本具有通用性;并进行了某型飞机结构主梁模拟试件在随机谱及恒幅谱下的预腐蚀疲劳试验,试验结果同样验证了上述结论,从而说明了C-T曲线的通用性。     

疲劳载荷谱B氏等效与试验验证

疲劳试验是确定结构疲劳特性的最有效手段。为缩短疲劳试验时间,通常采用低载截除方法。相对于低载截除,载荷折算能进一步缩短试验时间,减小成本。为了能够合理地对载荷谱进行简化浓缩,本文选取了Bhattacharyya距离(简称B距离)作为衡量原谱与等效谱寿命相似程度的参量,综合考虑了寿命均值与分散性,得到浓缩后疲劳载荷等效谱。基本方法是在给定折算水平下,得到相应B距离最小的等效谱,并进行了缺口试验件的试验验证。结果表明,该方法合理有效,可大幅缩短试验时间。     

基于应力分布模型的随机疲劳加速试验设计

将两段式S-N曲线应用于Dirlik随机振动疲劳寿命预测模型，分段计算各自的疲劳损伤并进行叠加。基于该模型所模拟的应力幅值分布，推导了在两段式S-N曲线的情况下激励放大倍数同疲劳寿命之间的等效关系，并提出了基于该等效关系的加速试验寿命换算方法，为加速试验应力等级的确定提供了参考。针对随机振动中小应力幅占比较大的情况，该方法优化了这一部分的损伤计算方式，同时该方法还可以推广至超高周疲劳等需要使用多段式S-N曲线表达疲劳性能的情况中去，得到更加贴近实际的理论疲劳寿命与加速寿命间的等效关系。通过分析算例表明，在两段式S-N曲线下，应力与寿命也大体呈现出了两段式的对数线性关系，并使用文献中的试验数据进行了验证。     

大型无人机主结构耐久性试验加载技术

为验证某大型无人机主结构的疲劳寿命是否满足设计指标要求，探寻主结构的疲劳薄弱部位，为结构设计改进及制造工艺改进提供试验依据，进行全尺寸主结构耐久性试验。针对该型号无人机先进布局设计及结构设计所带来的试验机约束、载荷优化、载荷谱编制、精确加载等试验加载方面的难点，进行相关试验加载技术的对比与分析以及新技术的系列验证，由此提出大型无人机主结构耐久性试验的多功能支持夹具设计、无人机机体结构载荷优化、综合载荷与扣重的载荷谱协调编制、新型拉压垫弹性体应用、作动筒专用扣重装置设计等新的技术。经过该试验机半倍疲劳寿命的阶段性试验验证，可以表明各项技术合理可行，稳定可靠，确保了试验正常运行。     

复合材料风扇叶片力学性能试验研究与有限元分析

依照制定的规范化试验流程,进行额定工况和二倍超载工况下的静力加载试验和全寿命周期疲劳试验,以验证复合材料风扇叶片运转工况所需的力学性能试验,结果表明复合材料风扇叶片满足使用强度要求,具有足够疲劳寿命。试验流程制定和具体试验方法可为同类产品力学性能检测提供参考。提出一种曲面外形构件复合材料属性设置方法,基于该方法建立复合材料叶片有限元模型,应用该模型对复合材料叶片在额定工况离心力作用下的载荷-位移响应进行计算。计算所得载荷-位移曲线与试验结果基本吻合,验证了计算方法的合理性。     

一种确定低周应变疲劳应变-寿命曲线的方法

基于Manson-Coffin方程处理低周应变疲劳应变-寿命曲线,提出了一种在短寿命区用低周应变疲劳试验数据,长寿命区(5000周～50000周)用高周疲劳试验数据联合确定材料的高温低周应变疲劳应变-寿命曲线的方法.联合处理方法的应用将不再需要进行应变控制的长寿命小应变的疲劳试验,节约了试验经费,缩短了试验周期.用GH141合金760℃的低周应变疲劳和高周疲劳数据对该方法进行了验证,验证结果发现:联合处理方法和单纯的Manson-Coffin方程处理得到的应变-寿命曲线吻合很好.联合处理方法可以用来确定高温低周应变疲劳应变-寿命曲线.     

基于飞行试验的直升机传动系统疲劳损伤及安全寿命评估

直升机传动系统采用安全设计准则进行疲劳设计,其疲劳损伤及安全寿命评估对直升机飞行试验尤为重要。通过对四参数S-N曲线方程及平均S-N曲线缩减至安全S-N曲线的方法和流程及等寿命曲线对平均载荷修正等内容阐述,以传动系统中的旋翼轴和尾减机匣为例,通过Miner线性损伤累计理论及飞行实测载荷谱;计算给出其每百小时损伤和安全寿命评估结果。     

双参数循环计数法及其简化原则

 载荷谱的编制是确定飞机结构疲劳寿命的重要一环,而计数法的选择和简化原则的确定又是编制歼击机使用载荷谱的两个突出问题。 七十年代初,荷兰宇航实验室提出了NLR法。这种方法从计数原理上看与应力应变迟滞回线一致,能真实地反映飞机所受的疲劳载荷,从简化原则上看,则是常均值简化原则。在此法基础上,我们提出了变均值和双波法简化原则。 本文通过实测和大量调研,给出了歼击机50飞行小时典型随机载荷历程,以此作为原始依据,用两种计数法和四种简化原则进行了载荷谱计算和相应的寿命估算。并且用六种不同的载荷谱做了成组对比试验,得到了令人满意的结果,验证了我们的理论分析,为今后歼击机载荷谱的编制在计数法和简化原则方面提供了依据。     

飞机结构的当量环境谱与加速试验谱

提出用金属腐蚀电流ＩＣ作为度量尺度和用控制金属表面湿润时间的方法,来加速环境谱。通过作者的ＥＳＸＵ系统软件的计算,及ＣＯＥＳ当量折算系统的试验,给出了ＣＯＥ当量折算曲线,并给出了北方沿海日历寿命为一年的当量试验谱,根据与挂片试验对照,证明此方法是可靠的     

涡轮叶片耦合疲劳寿命预测与试验验证

为了解决涡轮转子叶片在温度、离心力和气动/噪声联合载荷作用下的疲劳强度问题,开展了高低周复合载荷谱分解方法和基于高低周载荷的全时域蠕变损伤累积模型研究,提出了同时考虑蠕变损伤、低周疲劳损伤和高周疲劳损伤的耦合疲劳寿命预测方法。同时,通过正交载荷解耦和耦合载荷协调加载控制等关键技术的应用,开发了高温环境下的高低周复合疲劳试验平台。最终,基于设计的涡轮叶片模拟件,完成了耦合疲劳寿命预测和试验验证。结果表明:模拟试件的耦合疲劳寿命试验结果分散系数为1.01,耦合疲劳寿命的预测结果与试验结果偏差小于24%,从而验证了疲劳寿命预测模型的正确性,为我国航空发动机热端部件的疲劳强度设计和验证提供了有效的技术途径。      

用腐蚀损伤计算金属日历寿命的原理和模型

通过对金属腐蚀T-H曲线和温湿谱的腐蚀损伤研究,找到一种用腐蚀损伤计算金属日历寿命的原理和模型。这种计算金属日历寿命的模型,只要给出真实使用环境下的腐蚀T-H曲线和温湿谱,就可计算出金属真实使用日历寿命。通过对30CrMnSiA钢的日历寿命实例计算结果与真实环境下的腐蚀试验结果的比较得到,相对误差是17.5%,这说明该日历寿命计算模型和方法是有效的。     

机电产品寿命与可靠性综合验证试验技术研究

 大量机电产品既有可靠性指标要求,又有寿命指标要求,且在研制阶段结束时,需通过试验给出两种指标的验证结果。在对寿命与可靠性综合验证试验的可行性研究的基础上,提出了对其可靠性与寿命指标同时进行综合验证的试验方案。主要介绍该试验方案中的关键内容 :试验时间、失效 (故障 )判据、试验接收与拒收的判决准则的确定、试验结果的评估方法等。该试验方案的应用,为部分机电产品的寿命与可靠性试验验证提供了一个合理的、高效费比的技术途径。     

某型飞机断裂谱的低载截除

本文研究了载除载荷谱中低载对全机结构各部位裂纹扩展寿命的影响。指出寿命误差主要取决于开裂结构的材料参数，而应力谱谱型与开裂部位的影响则可忽略不计，。同时，将全机结构各部位寿命误差ε的计算简化为仅对收音机几种材料下的裂纹扩展比ＣＲ，ｔｐ的计算，并且仅按材料选取裂纹扩展寿命对比试验部位，从而极大地缩短了谱低截截除论证的计算和试验周期。ＬＣ４铝合金及３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ合金钢的计算结果与试验结果相当     

空心风扇叶片高循环疲劳试验设计与验证

基于实际大涵道比航空涡扇发动机宽弦风扇叶片的结构特征，设计、加工了空心风扇叶片结构模拟件，完成了空心风扇叶片高循环疲劳试验设计，并着重对其叶身空心结构部分抗疲劳能力进行了试验验证.试验结果表明试验夹具和试验件的设计能够完成空心风扇叶片高循环疲劳考核的目的.同时，该空心风扇叶片结构叶身部分对应1×107次循环的高循环疲劳强度介于370MPa至400MPa之间，满足其在最大工作状态下疲劳强度不小于324MPa的高循环疲劳设计要求.因试验件数量相对较少，仅获得了给定应力水平下的高循环疲劳寿命数据，后续可按照该技术途径和方法流程适当增加试验件数量，以获取疲劳极限进而构建其应力-疲劳寿命曲线，为工程研制奠定基础并积累数据.      

GH2132材料对接焊接头不同温度疲劳寿命试验研究

对GH2132材料对接焊接头进行了两种不同温度（360℃和410℃）下的静载拉伸试验和疲劳试验。静载拉伸试验结果表明，应变速率对GH2132对接焊接头的断裂载荷影响不大。由疲劳试验结果得到了两种温度下的S—N曲线，利用该曲线和有限元分析预测了某GH2132材料对接焊构件焊接接头处的疲劳寿命，结果表明所得寿命满足此构件的设计要求。     

确定高周应力疲劳S-N曲线的方法研究

基于三参数幂函数法处理高周疲劳S-N曲线,提出了一种在短寿命区采用低周疲劳试验数据、长寿命区采用高周疲劳试验数据联合确定材料高周疲劳S-N曲线的方法.联合处理方法的应用在有效利用低周疲劳数据、节约试验经费和缩短试验周期的同时,获得了理想的S-N曲线.用FGH95合金500℃单晶合金DD3[001]取向850℃的高、低周疲劳数据对该方法进行了验证,结果表明:联合处理方法不仅在长寿命区与单纯用高周疲劳数据处理得到的S-N曲线吻合很好,而且将S-N曲线延伸到中、低寿命区,有效地保证了S-N曲线的完整,联合处理方法可以用来确定材料的高周S-N曲线.     

民机结构外露关键部位涂层加速腐蚀环境谱研究

 结合民机结构使用特点，参考国内外已有研究成果，提出了适用于民机结构外露腐蚀关键部位的涂层加速环境谱。该谱由温湿暴露、紫外照射、低温疲劳和盐雾4个环境块构成。给出了各环境块参数的确定方法及加速谱与外场实际使用环境的当量加速关系。通过民机机翼下翼面典型模拟试件加速腐蚀若干周期的试验，验证了该加速谱和当量加速关系的合理性。该谱的提出为腐蚀条件下民机结构日历寿命评定提供了重要的依据。     

ε-N曲线三参数幂函数公式

给出了一种描述ε-N曲线的三参数幂函数公式。由于该公式考虑了疲劳极限,所以与著名的Manson-Coffin公式相比,它不但能更好地拟合各种材料的应变-寿命试验数据,简化了ε-N曲线的测试工作,而且可以更加方便和精确地计算结构的损伤和寿命。