缺陷、损伤、微裂纹对航空发动机构件服役总寿命及可靠性的影响

基于断裂力学观点,讨论了材料中的缺陷、损伤、微裂纹等对航空发动机构件的服役总寿命及可靠性的影响;分析了轮盘、叶片、机匣3个典型实例;介绍了损伤容限疲劳寿命设计新概念;提出了“过程控制”和“寿命监测-控制”新建议。     

整体翼梁结构断裂特性分析方法与研究

研究飞机机翼中整体翼梁结构的断裂特性,采用有限元素法计算不同结构参数应力强度因子,根据最大拉应力原理确定裂纹扩展轨迹,分析不同结构参数在裂纹增长中对断裂特性的影响,给出可供飞机整体翼梁损伤容限设计参考的计算结果和结论.     

起落架结构损伤容限设计初步探讨

本文探讨了有关起落架结构损伤容限设计的强度设计逻辑程序。给出了损伤容限要求,疲劳使用载荷谱及环境腐蚀影响的疲劳分散系数,以及依据表面裂纹长度估算深度公式。探讨了用由裂纹扩展速率积分而得的S-N曲线按Miner理论进行结构断裂分析方法。给出了用裂纹扩展增量描述的疲劳损伤,以及按裂纹扩展损伤等效原则的试验应力谱折算公式。     

螺桨断裂可靠性及损伤容限分析与评定

针对Ｙ７－２００５螺桨的载荷及使用环境的特点,建立了含裂纹构件的长寿命可靠性计算的二维断裂干涉模型,给出了无限寿命下的含裂纹结构的断裂可靠性计算方法。并计算了在不同初始裂纹尺寸下螺旋奖的可靠度。同时,对螺桨进行了损伤容限分析,建立了适应于高频小载荷下利用载荷的二维概率分布函数的裂纹扩展寿命干涉积分公式。给出了在不同初始裂纹尺寸下的裂纹扩展寿命及检修周期。     

某飞机机翼下壁板搭接区损伤容限分析

为了获得某飞机机翼下壁板搭接区铆钉孔损伤容限特性,依据搭接区基本结构,结合国军标损伤容限的具体要求,在初始角裂纹模式下,采用商用损伤容限分析软件NASGRO对结构在损伤容限谱载下进行了分析。同时对不同裂纹长度下结构的剩余强度进行了计算,得出了裂纹扩展长度和剩余强度随时间变化的曲线。本文的分析方法可用于飞机其它部位的损伤容限分析。     

粉末冶金盘损伤容限的边界元分析

采用边界元法建立了裂纹扩展分析模型,对FGH95粉末高温合金标准紧凑拉伸(CT)试样的裂纹扩展试验结果进行了数值模拟,计算结果与试验吻合很好,表明分析方法的准确性及可行性.在对粉末高温合金缺陷数据分析的基础上,建立了粉末盘损伤容限边界元分析模型,对其裂纹扩展寿命进行了评估.研究表明:边界元法在损伤容限分析中的实现便捷可行,可应用于复杂构件裂纹扩展特性的工程分析,与传统预测方法相比,能够给出更为合理的寿命结果.      

7050铝合金锻件缺陷容限值试验方法研究

缺陷容限设计方法充分考虑直升机的特点,将损伤容限设计思想巧妙地应用于直升机的设计中,通过缺陷容限值保证关键动部件的服役安全。本文采用疲劳极限反推的方法测试了三种尺寸的缺陷容限门槛值,分别采用有限元法和Y.Murakami公式计算缺陷容限门槛值,结果表明:含有265μm,374μm,480μm缺陷尺寸的三种试件缺陷容限门槛值基本相同;缺陷容限门槛值明显低于长裂纹门槛值,采用长裂纹门槛值作为缺陷容限门槛值会导致偏于危险的结果;有限元法与Y.Murakami公式应力强度因子计算结果非常接近,Y.Murakami公式计算结果略低于有限元法。     

民用飞机蒙皮加筋壁板损伤容限分析方法探讨

主要介绍了民用飞机蒙皮加筋壁板损伤容限的分析方法,以中间筋条断裂的两跨纵向裂纹为例,将影响结构损伤容限特性的因素分为三部分进行计算,分别是加筋效应、鼓胀效应以及应力分布效应,最终得到相对应的裂纹尖端的应力强度因子并且进行裂纹扩展分析及剩余强度计算。文中选取实例采用这种方法进行计算,并将计算结果与试验数据对比,两者吻合较好,说明了本方法的可行性及实用性。     

典型机身框地板梁缘条裂纹修理损伤容限分析

采用简单有效的方法对复杂的飞机结构进行损伤容限评定具有重要的意义,提出一种简单有效的应力强度因子获取方法,并结合损伤容限分析的一般流程,分析某机身框地板梁缘条含裂纹修补结构的疲劳寿命及使用寿命期内结构的剩余强度。根据机身框地板梁结构受载特点建立简化的分析模型,计算单位载荷时不同长度下裂纹尖端应力强度因子,再由结构边界载荷与应力强度因子的关系确定无量纲应力强度因子;根据损伤容限分析方法编制程序,计算结构在飞行载荷谱下从初始裂纹扩展到临界长度的寿命及各裂纹长度下结构的剩余强度,给出结构检查间隔。结果表明:结构修补后的疲劳寿命及剩余强度均满足损伤容限设计要求。本文给出的损伤容限分析过程及方法可应用于工程中类似结构的损伤容限评定。     

航空用不锈钢焊接导管的损伤容限研究

基于断裂力学方法开展了1Cr18Ni9Ti导管TIG焊对接结构的损伤容限分析,在测试其母材和TIG焊接头拉伸性能、断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率的基础上,分析其失效模式,确定损伤容限ac。研究结果表明:1Cr18Ni9Ti导管TIG焊对接结构在工况振动载荷下,损伤容限ac为0.9mm,导管失效形式为泄露。     

随机谱下裂纹扩展统计模型

结合断裂力学及概率随机过程理论,应用概率断裂力学方法研究随机谱下裂纹扩展的随机性。提出一种裂纹扩展统计模型预测裂纹随机扩展的统计分布特性。预测结果与大子样随机谱下裂纹扩展试验结果吻合良好。     

桨叶可靠性分析方法

本文给出二维疲劳裂纹扩展门槛值分布函数,建立二维应力—门槛值干涉模型。该模型可用于含初始缺陷或意外损伤的螺旋桨叶无限寿命可靠性分析和设计,得到桨叶可靠度与初始裂纹尺寸之间的函数关系式。考虑到随使用时间增长,桨叶遭受意外损伤的可能性将不断增大,损伤的程度也不断加重,文中还给出桨叶在无限寿命条件下的检修周期。该方法也可用于其它含裂纹构件以及复合材料桨叶的无限寿命可靠性分析和检修周期确定。      

起落架结构损伤容限特性研究

扼要地介绍了对某型主起落架结构的损伤容限特性研究。用同~个起落架完成了从疲劳裂纹形成到裂纹扩展、以及剩余强度和结构总体破坏试验全过程。损伤容限设计用于该起落架结构,可以获得更安全可靠的保证。     

压气机叶片的损伤容限研究

本文用断裂力学方法对压气机和风扇转子叶片作损伤容限分析。采用20节点立体元对叶片作应力场和位移场计算,用裂纹表面位移法求解裂尖应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ及K_Ⅲ随裂纹长度a变化的关系。根据叶片材料的断裂韧性K_IC、叶片径向伸长量δ_c以及自振频率偏移量f_c值来确定转子叶片失效的准则及临界裂纹长度a_c值。利用Paris公式并考虑到高周振动应力对低周疲劳裂纹扩展的影响求得叶片的损伤容限寿命N_f。文中给出了某压气机叶片的算例。为了研究自振频率随裂纹长度变化的关系,进行了叶片振动实验      

含多裂纹结构的概率损伤容限评定方法

将概率断裂力学理论与损伤容限／耐久性设计方法有机地结合起来,考虑结构初始疲劳裂纹尺寸及其扩展过程的随机性,建立了裂纹相互独立条件下的多裂纹结构的全寿命概率损伤容限评定模型,并成功地运用于机翼主梁的可靠性评定,给出指定疲劳寿命下的安全可靠度或指定安全可靠度下的安全疲劳寿命。     

恒幅加载下7475-T7351铝合金的疲劳裂纹扩展行为

 本文进行了7475-T7351铝合金板材中心开裂试样恒幅加载宽范围应力比下的疲劳裂纹扩展试验。考虑到裂纹张开应力的确定是基于裂纹闭合概念进行裂纹扩展寿命预测的基础,且在工程应用中需要方便地确定有效应力强度因子变程△K_(ett)。本文通过疲劳裂纹扩展速率da/dN的试验数据导出了所研究材料的裂纹张开应力的经验表达式,进而用有效应力强度因子变程△K_(ett)来联系试验数据,得到对于不同应力比下裂纹扩展行为的统一描述。试验发现,无量纲裂纹张开应力S_(op)/S_(max)随所加最大毛应力水平的提高而降低。 断口分析表明,对于所试验的材料由拉伸型平断口向剪切型斜断口的转变主要受△K_(ett)控制,并注意到由拉伸型向剪切型裂纹增长的过渡对应着S_(op)/S_(max)增加的趋势。     

激光增材制造高强高韧TC11钛合金力学性能及航空主承力结构应用分析

随着损伤容限设计理念发展和轻量化要求提高,高强高韧钛合金逐渐成为航空装备关键主承力构件主要结构材料。激光增材制造制备钛合金大型主承力构件具有数字化、短周期、低成本等技术优势,特别是激光增材制造过程超常固态相变动力学条件为制备高强高韧钛合金提供了新的机会。本文根据航空主承力结构选材性能要求,对激光增材制造TC11钛合金静强度、疲劳和损伤容限特性进行测试与分析,在此基础上对其在航空主承力结构的应用前景进行分析。结果表明,激光增材制造TC11钛合金力学性能具有显著的高强高韧和低屈强比特征,其疲劳缺口敏感性和裂纹扩展速率低,性能分散性小,综合性能满足航空主承力结构选材要求。与目前航空主承力结构广泛应用的TC4-DT损伤容限型钛合金相比,激光增材制造TC11高强高韧钛合金损伤容限特性相当、疲劳性能有所改善、许用应力提高23%,结构具有进一步减重优势。激光增材制造TC11钛合金优异的强韧性匹配在提高结构许用应力的同时可避免大厚度结构发生脆性断裂,其低疲劳缺口敏感性和优异的疲劳裂纹扩展特性对于结构服役安全具有重要意义。     

疲劳断口形貌与材料性能的关系

1.疲劳断口分析概述 当金属材料承受循环载荷时,随材料的初始状态以及应力-应变水平不同,将在整个体积内发生循环硬化或循环软化现象。开始时,这些变化是在受载金属中均匀发生的。当循环周次达到一定的数值时,某些变化将集中在局部区域进行,并导致出现微观疲劳裂