随机疲劳可靠度预测的状态分析方法研究

 两级载荷下的疲劳剩余寿命试验结果显示,在没有疲劳失效的情况下,若先施加低应力,则在后续的高应力下剩余寿命的标准差与该高应力下原始寿命的标准差相比变大;若先施加高应力,则在后续的低应力下剩余寿命的标准差与该低应力下原始寿命的标准差相比变小。根据两级循环载荷作用下剩余疲劳寿命分布规律的实验规律,以描述剩余寿命分布变化的数学模型为基础,提出了一个根据载荷历程作用下结构/ 零件状态变化预测随机载荷下疲劳可靠度的方法。使用该方法,可以根据已知的材料或零件的原始P-S-N 曲线,借助剩余寿命分布和载荷循环数—疲劳寿命干涉分析计算随机载荷作用下的疲劳可靠度。     

无扩口管路连接件疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

 以损伤热力学为基础,构建分式形式的损伤演化方程。针对管路连接件等轴对称形式的构件,引入等效应力和等效应变。根据损伤力学守恒积分原理,得到恒幅重复载荷下应力与寿命关系的级数表达式,根据标准件疲劳试验结果拟合得到损伤演化方程中的材质参数。利用APDL语言编程对ANSYS软件进行了开发,使得借助ANSYS软件的损伤力学-有限元数值解法成为可能。利用该方法预估了TC6钛合金标准件疲劳裂纹萌生寿命,其结果与试验数据吻合。进一步,预估了管路连接件裂纹萌生寿命,预测了裂纹扩展路径并预估了疲劳裂纹扩展寿命。本文为采用损伤力学方法来预估构件的疲劳寿命提供了一种可行的方法。     

基于剩余强度和裂纹扩展寿命模型的可靠性分析

对剩余强度可靠性模型和裂纹扩展寿命可靠性模型进行比较分析,结果表明,两种模型在理论上是相容的,但两种模型在物理意义上是不同的,剩余强度模型是根据结构剩余强度与载荷之间的关系,比较直观地给出了结构可靠性的计算方法,即通过在载荷谱作用下裂纹尖端应力强度因子应小于材料的断裂韧度建立安全余量。裂纹扩展寿命模型是根据裂纹扩展寿命小于给定的寿命建立安全余量从而计算可靠性的方法,由于裂纹扩展寿命不如裂纹长度直观,可以通过寿命与裂纹长度的关系,转化到根据裂纹长度求解可靠度。由于剩余强度可靠性模型表达式较复杂,可以考虑对该模型的求解采用Monte-Carlo模拟法,免去了复杂的推导过程,对裂纹扩展寿命可靠性模型的求解采用了均值一次二阶矩法,该方法省去了繁琐的计算过程,近似求解可靠度,并能保证一定的精度。     

机身某部位连接区疲劳和损伤容限分析

从疲劳和损伤容限的概念出发,对某机身13长桁的框腹板进行受力情况、疲劳寿命、裂纹扩展寿命和剩余强度分析,充分讨论了与框腹板相连的接头的可靠性。在考虑精度的情况下用子模型的方式节省了很多计算时间,用扩展有限元法预测裂纹扩展的轨迹也与实验相吻合,为工程应用提供了简洁有效的途径。     

基于小裂纹断裂力学的冷端盘燕尾槽疲劳全寿命预测技术研究

本文通过对航空发动机冷端盘燕尾槽子构件及其材料钛合金ＴＣ１１ 的小裂纹扩展行为和疲劳的试验研究,燕尾槽子构件小裂纹的应力强度因子权函数解的分析研究,并利用塑性诱导的Ｎｅｗ ｍ ａｎ 裂纹闭合模型,建立起从裂纹开始萌生的燕尾槽槽底疲劳全寿命预测模型。结果表明,该模型预测子构件的疲劳寿命的误差在工程所允许的二倍寿命以内     

基于ABAQUS/Franc3D的孔边疲劳裂纹扩展分析

为了研究孔边疲劳裂纹扩展规律,联合有限元建模软件ABAQUS和断裂力学分析软件Franc3D对不同角度初始孔边裂纹扩展过程进行仿真,得出应力强度因子的变化趋势,并对孔边裂纹在随机疲劳载荷作用下的疲劳裂纹扩展过程进行仿真,得出裂纹扩展长度-载荷循环次数(a-N)曲线。结果表明:在疲劳载荷作用下与水平方向夹角越小的初始裂纹扩展速率越大,结构剩余寿命越短。联合仿真方式为飞机损伤容限设计和评估结构剩余寿命提供一种分析方法。     

基于局部应力-应变法的飞机起落架车架寿命分析

起落架是飞机结构中的重要组成部分,是飞机的主要承力构件,其工作性能直接影响飞机的起飞性能、着陆性能和安全。首次翻修寿命是一个非常重要的安全参数,而飞机起落架车架是决定起落架翻修寿命的关键构件。本文应用局部应力-应变法的原理,研究在循环载荷条件下某起落架的疲劳(裂纹形成)寿命,并对其裂纹形成寿命和出现裂纹后的剩余强度进行了估算,进而从疲劳断裂方面提出了延长该主起落架首次翻修寿命的理论依据。     

基于粒子滤波的结构疲劳裂纹扩展动态贝叶斯推断方法

准确预测结构的疲劳裂纹扩展过程是开展飞机单机寿命监控与剩余寿命估算的基础。提出一种基于动态贝叶斯网络的结构疲劳裂纹扩展预测方法,结合疲劳裂纹扩展的先验知识与后验知识来准确地推断裂纹长度;研究粒子滤波算法中不同粒子数对动态贝叶斯网络推断精度的影响规律;通过对单孔板结构与耳片连接结构件在随机载荷谱下进行裂纹扩展研究。结果表明：动态贝叶斯网络方法可以对复杂结构的疲劳裂纹扩展进行准确预测,预测精度相对于传统方法提高50% 以上。     

变幅载荷对高温合金裂纹萌生及扩展寿命的影响

为了更好地分析航空发动机用高温合金裂纹萌生阶段的变幅载荷对高温材料的低周疲劳裂纹萌生及扩展寿命的影响,将低周疲劳的裂纹萌生过程视作损伤累积过程,基于连续损伤力学建立了低周疲劳损伤累积模型.结合室温下GQGH4169合金的裂纹扩展试验数据,通过有限元建模计算和数值分析方法确定了模型中具体的损伤参数数值,并对裂纹萌生寿命进行了预测.结果表明:该方法不但能准确地预测变幅加载下CT试样的裂纹萌生寿命,而且能很好地反映萌生阶段变幅载荷对裂纹扩展寿命的影响,而且降低了试验成本.     

基于小裂纹理论的GH4169高温合金的疲劳全寿命预测

将基于小裂纹理论的疲劳全寿命预测方法应用于恒幅载荷作用下的高温合金GH4169材料的全寿命预测。采用单边缺口试样研究了该合金在室温下应力比为0.1和0.5的自然萌生的小裂纹的起始和扩展行为,结果表明疲劳小裂纹均起始于试样表面夹杂,并且小裂纹扩展寿命占疲劳全寿命的大部分比例。在裂纹扩展速率da/d N低于10-5mm/cycle的区域,表现出明显的小裂纹效应。基于小裂纹和长裂纹的扩展数据,利用Newman裂纹闭合模型,获得了裂纹扩展的da/d N-ΔKeff基线数据。对高周疲劳试样的断口形貌进行观察,得到以材料夹杂尺寸作为初始裂纹尺寸的值ai。根据初始裂纹尺寸和裂纹扩展的基线数据,利用FASTRAN软件,对GH4169合金的疲劳全寿命进行预测,并用高周疲劳试验S-N数据对预测结果进行评价,预测与试验结果能够很好地吻合。     

飞机消耗寿命计算方法研究

对飞机单机疲劳寿命监控使用的飞机消耗寿命计算的各主要技术问题做了相应的论述、推导和证明;提出了３种飞机消耗寿命计算方法;建立了飞机消耗寿命与设计使用寿命之间的换算关系,为飞机单机疲劳寿命监控课题的消耗寿命计算和剩余寿命计算提供了一个既简单又适用的方法。     

机载设备寿命指标的确定与研究

探讨了飞机机载设备寿命的概念与内涵,机载设备寿命指标确定的原则和方法,试验、验证与评估的方法,机载设备寿命指标存在的主要问题与改进建议,以及寿命指标管理与控制的建议。     

基于功率谱密度的结构声疲劳寿命估算方法研究

针对航空结构的声疲劳破坏问题,提出了结构声疲劳寿命估算的两种方法:时域统计法和功率谱密度法,其主要采用功率谱密度方法,应用振动理论、强度理论、M iner线性累积损伤理论和S-N曲线关系式等相关理论,建立了结构受窄带和宽带随机噪声载荷作用下的疲劳寿命估算公式,为工程上估算结构疲劳寿命提供了一定的参考价值。     

对工程经验法的理论分析

 用数字仿真法,对工程经验法进行理论分析,建立了寿命试验中所需的参数:样本量n、可靠性r％、显著性水平与各经验系数K_i之间的量化关系,从而为各经验系数K_i的确定与选取提供理论依据,以满足厂内寿命试验方案设计或评定产品首翻期的有关要求。     

飞机日历寿命确定的区域定寿法

给出一种飞机结构日历寿命的区域定寿法,该方法根据腐蚀环境的差异,把全国各型飞机划分成若干个区域,分别编制出每个区域的腐蚀环境谱,然后用每个区域的腐蚀环境谱,分别进行该区域中的各种机型飞机的日历寿命确定,这与飞机疲劳寿命确定方法有较大不同。用该方法确定飞机日历寿命可以提高定寿效率,缩短定寿时间,节约定寿经费。     

用等效平均损伤模型计算剩余寿命方法的研究

分析了复杂载荷下材料的损伤累积过程和疲劳寿命计自身材料疲劳损伤与其不可逆电阻变化响应的联系。疲劳寿命计自身材料疲劳损伤演变、损伤累积过程以电阻变化速率和变化量显示了其全貌。假设其等效平均损伤等一般规律与金属材料的疲劳情况相类似,结合本文给出拟合精度很好的材料应力寿命曲线,得出随机载荷下剩余寿命计算的简便方法,具有较高可信度。初步实验验证很令人满意。     

关于铆钉对止裂孔填充作用的研究

通过试件的疲劳寿命试验与计算，研完了空止裂孔与铆钉填充止裂孔对构件裂纹的止裂作用。试件疲劳寿命试验结果表明，疲劳裂纹尖端止裂孔铆上铆钉后的试件疲劳寿命是空止裂孔试件疲劳寿命的2．9～7．8倍。同时，通过对试验和计算结果的对比分析，确定用于计算带止裂孔构件疲劳寿命的铆钉填充作用系数为0．87。     

基于单元体的军用航空发动机寿命控制和管理

结合我国航空发动机可靠性和寿命管理的现状,借鉴西方经验,依托国内研究成果,阐述了单元体发动机寿命控制与管理的基本要素、程序和方法,重点就关键件安全寿命、单元体翻修寿命和最低放行寿命等寿命控制的核心问题进行了分析。指出对于采用单元体设计的发动机的寿命控制和管理的核心是从全寿命角度对发动机的工程应用进程进行控制和管理,以工程可行的方法保证发动机安全、经济的使用,及按标准化的程序执行合同,使与发动机及其附件、地面维修和使用支持有关的承包商在设计、研制、技术批准、制造和大修过程中能以管理有序的方式与用户进行配合,以取得可靠性、安全性、经济性和性能的最佳折衷。     

国外航空发动机关键件定寿和延寿方法分析

为获得航空发动机关键件的最大安全使用寿命,在国际航空领域开发了多种寿命评定方法。针对国外军、民用航空发动机通用规范对关键件的安全性要求,深入分析了5种定寿方法和基于裂纹扩展寿命、改进的统计方法、风险评估等方向研究发展起来的３种关键件延寿方法的原理、使用范围、使用条件以及安全性等问题。根据假设的轮盘试验结果,采用预定安全循环寿命法计算了轮盘的安全寿命,并分别运用改进的统计法和简化的风险模型进行了轮盘延寿的计算和分析     

基于灰色理论的飞机结构疲劳寿命预测

对飞机结构疲劳寿命进行预测研究,具有重要的军事意义与凸显的经济价值,本文以某型军用飞机关键结构部件——水平尾翼为具体研究对象,采用通过飞机结构疲劳寿命试验专用平台得到的水平尾翼疲劳寿命的真实试验数据,运用灰色相关理论建立非等间距GM（1,1）模型,应用此模型预测飞机结构部件的疲劳寿命,并通过试验对所建模型的准确性与有效性进行验证。试验表明,非等间距的GM（1,1）模型能准确地预测飞机结构部件的疲劳寿命,降低TOM（1,1）模型的预测误差,拓宽‘TGM（1,1）模型在飞机结构疲劳寿命预测领域的应用范围,具有很好的工程实用价值。