基于DFR法的螺栓连接件疲劳性能研究

针对螺栓连接件在服役过程中易产生疲劳损伤的问题,采用有限元模拟、理论分析和试验测试相结合的方法探究试验件厚度以及螺栓连接间隙对构件疲劳性能的影响规律。有限元模拟结果表明,由于构件几何形状的不连续性以及螺栓连接间隙的存在使得连接件中的铝合金板孔边产生较为明显的应力集中现象,在循环载荷作用下易在该处萌生疲劳裂纹导致构件的损伤失效,而施加螺栓预紧力可以通过摩擦传载改善孔边的受力情况。在静力分析的基础上,采用有传载紧固件双剪接头结构细节疲劳额定值（DFR）理论计算方法估算不同类型试验件的DFR值。理论估算结果与通过双点法确定的试验件DFR值基本吻合,相对差异在10%以内,可以验证该理论方法有较好的工程适用性。分析结果表明,试验件的连接间隙会影响螺栓的受载情况,在拉伸过程中先发生接触的螺栓处有较大的应力集中,最终导致连接件的疲劳失效;当试验件的厚度增加,铝合金板所承受的附加弯矩增大,会影响孔边的应力分布,在一定程度上降低试验件的疲劳性能。试验件厚度和连接间隙对试验件疲劳性能的影响可通过应力集中系数来综合体现,试验件DFR值近似随应力集中系数呈线性降低。本工作的研究成果可为螺栓连接件疲劳性能研究提供参考。     

螺接结构腐蚀疲劳寿命估算方法研究

1结构细节腐蚀疲劳额定值的确定[1]试件的螺接件,板材为LC4CS,螺栓材料为30GrMnSiA。试件浸泡在3.5%NaCL溶液中。结构细节疲劳额定值的确定选用两点法,即在N95/95=105两边分别作一组试验（R=0.06）。表1给出了两级应力水平…。     

梳状接头DFR值的疲劳试验分析方法

对2种典型梳状接头的疲劳试验进行了设计,试验结果表明,Ⅰ型试验件的破坏情况都为接头近螺栓孔边处断裂;而Ⅱ型试验件的断裂情况分为连接螺栓断裂和接头近螺栓孔边处断裂2种。为了满足梳状接头疲劳强度校核的需要,采用求解等代截面细节疲劳额定值(Detail Fatigue Rating,DFR)的方法得到了两种试验件接头的DFR值,并通过考虑螺栓的预紧力,得到了Ⅱ型试验件螺栓的DFR,从而为梳状对接结构的耐久性分析提供了试验支持。     

基于Gerber模型的DFR法与结构细节效应

在实际工程应用中,基于Goodman模型估算结构细节疲劳额定强度(DFR)的方法偏于保守,不够经济.本工作推导基于Gerber模型的DFR值D(应力比R=0.06)的计算公式,引入细节效应系数以考虑多细节对置信度系数和D估算结果的影响;与已有结果的比较发现:基于Gerber模型的D的估算方法能够较大程度地发挥材料的潜能,降低研发成本.利用构件细节额定值系数法,通过单个细节结构的D估算了含多个细节的结构的D.估算结果与试验结果的比较验证了基于Gerber模型的DFR法的准确性和适用性.     

一种耳片连接螺栓的疲劳分析方法

航空工业生产实践和试验结果表明,承受拉应力连接螺栓疲劳源的位置易出现在螺纹区和螺栓头圆角区,而承受剪切力的连接螺栓疲劳源的位置可出现在螺栓的光杆区。基于细节疲劳额定值方法对以承受剪切力为主的耳片连接螺栓进行应力分析,提出了一种耳片连接螺栓的疲劳分析方法。分析结果表明,耳片连接螺栓最高应力点位于螺栓光杆区剪切力产生的弯矩最大的截面上。以某型飞机的耳片连接结构进行疲劳试验,试验结果与分析结果相吻合,耳片连接螺栓光杆区在循环载荷下出现明显磨损。此外,通过试验结果拟合可得到连接螺栓的磨损系数,在此基础上可用提出的方法对以承受剪切力为主的螺栓进行疲劳分析。     

环境对有/无防护涂层结构疲劳性能的影响

 以试验研究为基础,用两种型式的试验件试验来研究飞机结构防护涂层在典型气候和人工加速环境条件下的疲劳性能的影响,并采用结构细节疲劳额定值（DFR）方法给出在环境条件下有/无防护涂层试件的疲劳强度修正系数。由试验结果分析得到下述结论：经大气暴露的涂层试件比未经大气暴露试验的DFR值要下降11%～21%.双涂层试件比单涂层试件在相同暴露试验条件下DFR值要高。     

民用飞机机身蒙皮对接结构疲劳分析及试验

在对细节疲劳额定值(DFR)方法深入研究的基础上,对 MA700飞机机身蒙皮典型对接结构进行了疲劳寿命分析,确定了该结构的载荷传递及一系列修正系数,得到了结构疲劳寿命分析结果.     

装配公差对结构疲劳可靠性寿命的影响

针对工程制造中的紧固孔超差问题,根据飞机典型部位的结构连接形式,设计三组不同紧固孔直径的疲劳对比试验,得到了这三组试验件的对数均值寿命和标准差.通过疲劳分散系数和结构对数寿命标准差的推导,研究了装配公差增大对连接件疲劳可靠性寿命的影响,得到了装配公差允许的额外增大量与给定载荷条件下结构对数寿命标准差σs的关系,并在疲劳...     

飞机典型壁板结构剪切屈曲疲劳试验与分析方法

依据疲劳分析中的细节疲劳额定值法，提出了一种针对纯剪状态下飞机典型壁板结构的屈曲疲劳分析方法。采用整体垫板形式设计典型壁板试验件，避免“对角拉”方式施加剪切载荷时的非关键区破坏；建立剪切屈曲疲劳状态下细节疲劳额定值的分析模型，并给以试验验证；分析结构屈曲疲劳破坏模式，给出结构破坏及裂纹扩展特征，为结构抗屈曲疲劳设计提供技术支持。结果表明：屈曲疲劳的破坏多由于铆钉处受弯曲应力和剪切应力双重影响造成；起裂裂纹沿着垂直于屈曲波的方向扩展，当裂尖靠近屈曲波中心时，扩展速率急速增长；结构屈曲临界载荷随循环次数的增加而减少；提出的屈曲疲劳分析模型是合理可行的，这为结构后屈曲状态下的疲劳评估提供一种便利的工程算法。     

飞机典型结构件加速环境试验研究

以试验研究为基础，对飞机典型结构在人工加速环境条件下的疲劳性能进行研究，并采用结构细节疲劳额定值(DFR)方法对环境条件下的疲劳试验数据进行了处理。     

二维寿命分散系数和二维强度缩减系数

提出了二维寿命分散系数和二维强度缩减系数的概念和公式, 从而可以综合利用当前数据和经验数据, 得到更接近于母体真值的安全寿命和安全强度。该公式不但适用于完全数据, 而且也适用于不完全数据和无失效数据。      

焊接结构的疲劳评定方法

焊接结构的疲劳强度是焊接结构完整性的重要保证.焊接结构的疲劳强度取决于整体结构构造及接头特征等因素,焊接结构的疲劳评定需要考虑焊接接头类型及局部力学行为等不同结构层次的作用.目前已发展了名义应力评定方法、结构应力评定方法、局部应力应变评定方法和断裂力学评定方法.     

局部应变法寿命估算中几种算法的对比研究

局部应变法是一种有效的疲劳寿命估算方法。然而，当采用的算法不同时，寿命估算结果往往差别很大。本文对局部法寿命估算中常用的四种组合算法进行系统地比较和分析，并结合国产某强击机机翼主梁根部疲劳危险孔的寿命估算实例进行方法评价。计算和分析表明：瞬态循环σ－ε曲线和当量应变（εｅｑ）－寿命（Ｎ）曲线是局部法寿命估算中值得推荐的一种组合算法。     

两个疲劳分散系数计算公式之间的关系的研究

常见的计算疲劳分散系数的公式有:(1)Antilog和(2)Antilog。国内外有的文献认为公式(1)的缺点是未说明以何种置信度确定母体均值,主张在应用公式(1)之前先对母体均值进行区间估计。本文提出了安全疲劳寿命(或极限)直线的概念,指出两个公式实际上是该直线的两种不同表示形式,并导出了它们之间的等效变换关系,从而说明公式(1)也象(2)一样包含有母体均值置信度的信息。     

轻、重腐蚀涡轮盘榫齿高温复合疲劳试验研究

针对某型发动机二级涡轮盘榫齿裂纹故障,设计了一套新型试验加载方案,对涡轮盘枞树型榫槽进行了高温复合疲劳试验研究,得出了多通道传力结构的复合疲劳裂纹扩展规律,进而对比了轻、重两种腐蚀状态的涡轮盘榫齿高温复合疲劳寿命,给出了重腐蚀盘较轻腐蚀盘的寿命明显降低,且分散性大的结论,为制订轮盘腐蚀判废标准提供了依据。     

A fatigue damage-cumulative model in peridynamics

While the present structural integrity evaluation method is based on the philosophy of assumed similitude, Fatigue and Damage Tolerance (F&DT) evaluations for next generation of air-vehicles require high-fidelity physical models within cyberspace. To serve the needs of F&DT evaluation in digital twin paradigm, a fatigue damage-cumulative model within peridynamic framework is proposed in this paper. Based on the concept of fatigue element block and damage accumulation law in form of Coffin-Manson relationship, the proposed model applies to both fatigue crack initiation and fatigue crack growth; fatigue crack growth rates under constant-amplitude and simple variable-amplitude block loading cases can be well predicted for three common structural materials without inputs of Paris law parameters. Additionally, the proposed model can also be easily extended to a probabilistic version; for verification, multiple-site-damage problems are simulated and the statistic nature of fatigue process in experiments can be well captured. In the end, main features of the proposed model are summarized, and distinctions from the other models are discussed. There may be a potential for the peridynamic damage-cumulative model proposed in this work to numerically predict fatigue problems in digital twin paradigm for future generations of aerospace vehicles.     

Individual aircraft life monitoring: An engineering approach for fatigue damage evaluation

Individual aircraft life monitoring is required to ensure safety and economy of aircraft structure, and fatigue damage evaluation based on collected operational data of aircraft is an integral part of it. To improve the accuracy and facilitate the application, this paper proposes an engineering approach to evaluate fatigue damage and predict fatigue life for critical structures in fatigue monitoring. In this approach, traditional nominal stress method is applied to back calculate the S-N curve parameters of the realistic structure details based on full-scale fatigue test data. Then the S-N curve and Miner’s rule are adopted in damage estimation and fatigue life analysis for critical locations under individual load spectra. The relationship between relative small crack length and fatigue life can also be predicted with this approach. Specimens of 7B04-T74 aluminum alloy and TA15M titanium alloy are fatigue tested under two types of load spectra, and there is a good agreement between the experimental results and analysis results. Furthermore, the issue concerning scatter factor in individual aircraft damage estimation is also discussed.     

疲劳试验中的数据处理

从疲劳试验工作的实际出发，介绍与疲劳问题有关的数理统计方法。该方法使分散性很大的疲劳试验结果得以合理处理，从而可准确地提供试验数据，供作材料疲劳鉴定与疲劳寿命估算之用。     

涡轮构件疲劳/蠕变寿命的试验方法

根据弹用发动机涡轮构件的真实工况,通过有限元分析确定试验寿命考核点,提出并设计了一套加载方案,模拟了工作条件下结构的应力场和温度场,构件的试验寿命、断裂部位与有限元预测结果一致。试验结果表明提出的小结构大载荷、小空间高温度的试验方法可以很好地再现涡轮构件的疲劳/蠕变故障,为发动机构件的寿命评定提供了依据。     

铰链接头齿轮断裂失效分析

某天线系统同步铰链接头在进行展开试验时发生接头齿轮断裂。试验结果表明,其原材料的金相组织、化学成分和力学性能均满足标准要求,通过扫描电镜对断齿断口进行微观形貌观察发现,其中一断齿的裂纹源区有明显的疲劳条带,其他断齿均为塑性过载断裂形貌,结合天线系统试验过程,判断其失效机理为个别轮齿疲劳开裂引起其他齿塑性过载断裂,最终导致整体铰链接头的失效。