损伤力学方法在材料低周疲劳试验中的应用研究

考察了低周疲劳过程中的弹性模量和应力随循环次数的变化.研究表明:可以用弹性模量和应力的变化来反映材料的低周疲劳损伤过程.对没有明显循环稳定阶段并表现为循环软化响应行为的材料, 不适合用应力的变化来定量的反映材料低周疲劳的损伤过程.用弹性模量随循环次数的演化关系得到了不同应变水平下材料的疲劳裂纹萌生寿命, 并用三参数幂函数方程对应变与疲劳裂纹萌生寿命进行了拟合处理, 得到了应变与疲劳裂纹萌生寿命方程.      

7075铝合金在不同温度盐水环境中的腐蚀疲劳行为

基于飞机结构材料7075铝合金在沿海地区服役时海水飞溅及曝晒导致的高温腐蚀疲劳损伤问题,研究了7075铝合金在35,55,75℃下3.5%NaCl溶液环境中的腐蚀疲劳寿命,并使用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌,探讨了温度对腐蚀疲劳裂纹萌生扩展的影响机理。结果表明:同一应力水平下,温度越高,腐蚀疲劳寿命越短,300MPa时35,55,75℃下的中值寿命分别为33 001,30 931,15 346次循环。腐蚀损伤和疲劳损伤存在竞争关系,应力水平较高时,腐蚀较轻,试样寿命主要受应力水平影响,疲劳源多从铝合金基体与包铝层结合处萌生;应力水平较低时,腐蚀较严重,疲劳寿命随温度升高明显下降,疲劳源多从腐蚀坑处萌生。断口形貌显示高温环境主要通过加速腐蚀坑的形成来影响疲劳源的萌生,深坑状腐蚀坑应力集中严重,对疲劳性能伤害大。     

腐蚀疲劳裂纹形成过程中缺口根部阳极溶解的定量分析

 用间接模拟的实验方法 ,对 7475-T761铝合金材料在 3.5% Na Cl溶液中的变形与腐蚀电流的关系进行了研究 ;然后结合局部应变法 ,对 7475-T761铝合金 /3.5% Na Cl溶液体系腐蚀疲劳裂纹形成过程中环境(阳极溶解 )对试件缺口根部的腐蚀量进行了计算 ,并以此对腐蚀疲劳裂纹萌生过程中的阳极溶解作用进行了讨论     

飞机用高强度铝合金腐蚀疲劳研究进展

腐蚀疲劳是飞机用高强度铝合金在服役过程中必然经历的阶段,亦是飞机结构寿命及可靠性评估的重中之重。简要介绍了飞机用高强度铝合金近年的发展历程,分析了高强度铝合金腐蚀疲劳的重要影响因素及环境模拟技术,归纳了高强度铝合金腐蚀疲劳裂纹萌生机理及扩展机制模型,指出了高强度铝合金腐蚀疲劳在未来研究中的重点、难点问题,为高强度铝合金腐蚀疲劳的试验开展、机理探索和工程应用奠定了基础。     

用红外光散射技术测量精加工表面粗糙度参数Ra

<正> 本文用红外光散射技术,研究了国际上广泛使用的表面粗糙度参数算术平均偏差Ra与散射光强及其角分布统计参数间的相关性。研究表明:粗糙度的高度只影响光在空间的散布范围(高度小,光的散布范围大),不影响相邻散斑间的距离;粗糙度的间距不同时除影响光的散布范围外,还影响相邻散斑间的距离(间距小,散斑间的距离大)。对于很光滑的表面,大部分入射光反射至镜方向。当表面粗糙度增加时,镜方向光强减少;同时光的衍射增加,并且变得更散射了。在0°～180°范围内收集散射光时,光强角分布的方差D与Ra成正比关系;在小于180°的范围内收集散射光时,D与及Ra成抛物线关系。对收集散射光的光纤(与硅光电二极管相连接)间的相邻夹角值本文经实验得到验证即角分辨率     

基于数字图像相关方法微裂纹萌生试验研究

为了进一步研究疲劳裂纹在萌生阶段的特点,本文结合数字图像相关方法 (Digital Image Correlation Method,DIC)设计并组建了配合液压疲劳试验机加载的原位观测系统。同时针对DIC测量方法中的关键技术进行研究,分别提出了一种可应用于视场宽度2mm下DIC计算的微小散斑制备方法,以及空间调节方法以提高试验可靠性。最后应用该系统开展针对航空发动机火焰筒材料GH536的微裂纹自然萌生试验。通过采取两种不同的DIC分析策略,分别获得疲劳过程中的总应变幅以及最大累积塑性应变的演化规律。结果表明总应变幅演化可确定自然萌生裂纹位置,最小可识别50μm裂纹;最大累积塑性应变分析可得萌生寿命占比约85%,并在裂纹出现后塑性应变急剧增加。     

航空金属材料的损伤机制与预测方法

损伤是航空结构件加工制造与服役中的共性问题。以微观损伤机制与损伤预测模型为主要关注点,论述了典型航空用铝合金、钛合金中损伤形核、扩展的影响因素以及宏观、细观尺度损伤断裂的预测方法。对于塑性成形过程,以受力状态为切入点,阐述了不同应力状态下损伤演化的差异性,介绍了基于应力状态损伤模型在航空材料中的应用。对于疲劳损伤问题,总结了不同体系合金中的微观影响因素,如第二相颗粒、晶体取向等,讨论了疲劳预测方法在航空用铝合金、钛合金中的应用。将局部应力应变集中归纳为损伤萌生、扩展的外因,而材料内部缺陷、界面等为内因,塑性变形、疲劳过程的损伤累积均为内、外因综合作用的结果。通过归纳损伤机制研究进展与问题,分析宏、细观预测方法的优缺点,提出以共性规律与通用性预测方法为重点的发展方向。     

碳纤维环氧复合材料对铝合金应力腐蚀性能的影响

研究了碳纤维环氧复合材料与LY12CZ,LC4CS铝合金相互偶接时,在3.5%NaCl溶液中的电偶腐蚀行为,以及所产生的电偶腐蚀对铝合金应力腐蚀性能的影响。测量了复合材料与铝合金在3.5%NaCl溶液中的电偶腐蚀电流及铝合金的腐蚀失重值,应用慢应变速率应力腐蚀(SSRT)、预制疲劳裂纹的双悬臂(DCB)试样应力腐蚀研究方法,研究在腐蚀介质和碳纤维环氧复合材料共同作用下,由于电偶腐蚀的存在,对铝合金应力腐蚀性能的影响。试验结果表明:碳纤维环氧复合材料增加LY12CZ铝合金的应力腐蚀敏感性,缩短断裂时间,而对LC4CS双悬臂(DCB)试样应力腐蚀的研究结果表明,电偶腐蚀对LC4CS铝合金KISCC值影响不大,对(da/dt) 稍有影响,但不十分明显。同时对电偶腐蚀影响铝合金的应力腐蚀机制和行为进行了一定的讨论。     

基于数字图像相关的预腐蚀2024-T4铝合金疲劳开裂实验研究

通过三维数字图像相关(3D-DIC)方法研究预腐蚀2024-T4铝合金在三种不同最大应力水平和应力比下的疲劳开裂行为。通过应变场演化直观地显示裂纹萌生和扩展的时空特征,并通过扫描电镜观测关键损伤区域的断裂微观形貌。结果表明:试样边缘的局部腐蚀促进了疲劳裂纹萌生,影响了裂纹的形核位置,并引起材料氢脆现象;疲劳裂纹扩展方向与加载方向呈60°~68°角,表明疲劳裂纹扩展可以用KⅠ/KⅡ混合模式来描述;预腐蚀铝合金疲劳失效存在单裂纹断裂、多裂纹联合、多裂纹竞争和多裂纹平行扩展4种典型的失效模式。     

蠕变载荷下有机玻璃银纹萌生及损伤研究

对MDYB-3航空有机玻璃开展了常温蠕变实验,研究了在蠕变载荷作用下有机玻璃银纹萌生、扩展及蠕变失效过程,发现了有机玻璃银纹沿垂直于载荷方向呈现稀疏稠密交替分布的特征。基于实验数据和图像处理与分析,提出了银纹萌生的应力-时间准则,量化了随着应力水平提高,银纹萌生时间的非线性缩短;通过研究银纹损伤密度变化,运用双曲线函数进行非线性拟合,建立了MDYB-3有机玻璃蠕变载荷下银纹损伤随时间和应力的演化规律。     

有效最小干涉量工程计算方法研究

干涉配合是改善铆接接头疲劳性能和钉孔自身密封性能的一项有效的工艺措施。目前干涉量大小的确定仅凭经验或试验结果,而本文提出一个通用的计算有效最小干涉量的工程方法,给出了一个便于应用的计算公式:探讨了材料特性和应力状态对干涉配合量选取的影响:给出了飞机结构常用有效最小干涉量数据表。     

飞机结构的损坏过程承载能力、破坏部位有限元分析

本文提出一个适合于飞机结构非线性分析的有限元素组合算法。考虑到元素材料屈服和/或失稳后出现的非线性问题导出了有限元计算格式。本方法已经实际用于描述××型直升机结构静力试验从开始加载到局部损伤或失稳、扩展直至破坏的全过程受力状态;用于确定该机结构的最大承载能力和破坏部位,并取得了非常好的结果。文中介绍了数值算例及其与试验结果的对此。     

铣削参数对7055-T6铝合金耐腐蚀性的影响

文摘研究了铣削工艺参数对切削力、表面粗糙度、轮廓与形貌、自腐蚀电位和电流密度的影响。结果表明:随着切削速度的增大,切削力与表面粗糙度呈现先增大后减小再增大的变化规律;随着轴向切深的增加,切削力与表面粗糙度都呈增大的趋势;铣削后刀面对已加工表面的挤压改善了铝合金的腐蚀性能;切削转速为4 000 r/min,轴向切深为0.25 mm时,加工表面耐腐蚀性能最优;在较大的轴向切深下,已加工表面易产生微裂纹,而导致腐蚀加剧。     

On Nonlinear Evolution of C-type Instability in Nonparallel Boundary Layers

The process of evolution, especially that of nonlinear evolution, of C-type instability of laminar-turbulent flow transition in nonparallel boundary layers are studied by means of a newly developed method called parabolic stability equations （PSE）. Initial conditions, which are very important for the nonlinear problem, are investigated by computing initial solution of the harmonic waves, modifying the mean-flow-distortion, and giving initial value of TS wave and its subharmonic waves at initial station by solving linear PSE. A numerical method with high-order accuracy are developed in the text, the key normalization conditions in the PSE are satisfied, and nonlinear PSE are solved efficiently and implemented stably by the spatial marching. It has been shown that the computed process of nonlinear evolution of C-type instability in Blasius boundary layer is in good agreement with the experimental results.     

湍流度和粗糙度对边界层转捩影响的研究

工程上计算边界层转捩位置,常用以线性稳定性理论为基础的e~N方法。实际上,层流边界层转捩受坏境因素(如湍流度T,粗糙度k和压力梯度等)影响较大。所以作为e~N方法的补充,须寻求一种能同时计算坏境因素影响的方法。现只有湍流模型方法能满足这种要求。     

非平行边界层C型失稳的非线性演化(英文)

提出用抛物化稳定性方程(PSE)新方法,研究非平行边界层从层流向湍流转捩的C型失稳的演化过程,特别是非线性演化问题。研究了至关重要的初始条件,包括各扰动谐波的初始解、初始站均流变形的模拟、以及通过对线性 PSE 的求解获得 TS波和C型亚谐扰动的初始站值等。发展了高精度的数值方法,满足PSE的关键性正规化条件,实现非线性抛物化稳定性方程的有效求解和稳定推进。算例展示了Blasius边界层的C型失稳的非线性演化过程,与典型实验结果相吻合。     

现行刚性道面计算方法的局限性及其改进

介绍了中国民航现行机场水泥混凝土道面的设计计算方法。指出了道面应力计算方法的局限性。对现行飞机运行次数换算方法进行了详细分析,发现该方法具有不能实现不同飞机运行架次间等效疲劳换算的缺陷。针对这一问题,提出了根据等效疲劳原理确定道面面层厚度的计算方法。     

TC4钛合金腐蚀加工速度和表面质量影响因素研究

研究了腐蚀溶液成分和工艺参数对TC4钛合金腐蚀加工速度、表面粗糙度和平整度的影响,利用扫描电镜观察了腐蚀加工前后的表面形貌.研究结果表明:氢氟酸浓度和溶液温度直接决定着腐蚀加工速度,随HF浓度和温度的增加,腐蚀加工速度升高.硝酸具有显著降低表面粗糙度的作用.溶液中的钛离子对腐蚀加工速度以及钛合金零件腐蚀后的表面质量有一定的影响,溶液中钛离子含量较低时,腐蚀加工速度较快,表面平整度较好,随钛离子含量的增加,腐蚀加工速度下降,表面不平整度增加.试样垂直吊挂时,定时翻转并搅拌可以得到均匀腐蚀的表面.     

用于平板智能复合材料的拟温度载荷法

针对探测和控制裂纹扩展的平板智能复合材料结构特点, 提出和建立了一新的应力分析方法--拟温度载荷法, 并且利用此方法对所设计的几种不同的结构模型进行了理论分析。通过试验证明了该计算方法的正确性, 该计算方法的提出和建立, 为进行控制裂纹扩展的智能材料结构研究和应用奠定了重要的理论分析基础。      

A physics-based framework for online surface roughness assessment for high-pressure turbines

Surface roughness is a critical health parameter of a turbine blade due to its implications on blade surface heat transfer and structural integrity. This paper proposes a physics-based online framework for Gas Turbine Engines (GTE), in order to assess the blade surface roughness in a high-pressure turbine without engine shutdown. The framework consolidates Gas Path Analysis (GPA) based performance monitoring models and meanline turbomachinery analysis, using a novel GPA-meanline matching process. This extracts meaningful performance deviation trends from GPA, while addressing the uncertainties associated with the measurements and modelling. To relate efficiency loss to surface roughness severity, a meanline-based system-identification process has been developed to establish the meanline representation of the turbine stage, and to incorporate the empirical surface roughness loss correlations. The roughness loss correlations have been evaluated against recent transonic test data in the literature. A modification to the compressibility correction factor has been made according to the evaluation outcome, which improved loss predictions compared to the experimental measurements. The framework was tested on the three-year operational data of a cogeneration GTE, and the results verified the framework's potential for online surface roughness monitoring. The predicted surface roughness showed agreement in both trend and the magnitude-level with the measurements reported in the literature.