构件可靠度与平均安全系数的研究

构件可靠度的研究是结构可靠性分析的基础,其正确的计算方法对结构的安全可靠性评定具有重要意义.以应力-强度干涉模型为基础,探讨了当构件的应力和强度按不同分布时,构件可靠度和平均安全系数的计算方法以及二者之间的关系.计算表明:当构件的应力和强度按正态分布或其它分布处理时,对构件平均安全系数的影响很小,而对构件可靠度有较大的影响.对一般构件来讲,应力和强度采用正态分布是合理的,且偏于安全;对可靠度要求很高的构件来讲,建议采用对数正态分布或威布尔分布.     

超声振动载荷下S06钢的长寿命疲劳性能

采用超声疲劳试验方法对新型沉淀硬化马氏体不锈钢S06钢在106~109周次范围的疲劳性能进行测定,结果表明:S06钢在循环周次大于107周次的范围仍然发生疲劳断裂,在106~109之间,应力寿命曲线持续下降,不存在疲劳极限,用107周次的条件疲劳极限来对S06钢长寿命构件进行无限寿命设计是不安全的.用载荷类型相同并且试样尺寸相近的高频疲劳试验方法对S06钢104~107周次的疲劳性能进行测定,将数据与超声疲劳试验结果进行对比发现:超声疲劳试验方法获得的S06钢的疲劳强度更高.用两种加载频率下106~107周次左右的试验数据拟合得到中值应力寿命曲线,根据应力寿命关系式中的疲劳强度系数的比值来对超声疲劳试验数据进行修正.在考虑了裂纹萌生机制和进行了频率影响修正的情况下,用线性异方差回归方法将超声疲劳试验数据拟合得到S06钢的长寿命P-S-N曲线,为长寿命构件的疲劳设计提供了基础.     

金属橡胶力学特性的热处理工艺影响

针对应用于高温工作环境的金属橡胶的热稳定性问题,结合其冷态成型工艺特征,提出通过去应力退火消除加工残余应力、稳定高温性能的金属橡胶热处理工艺,并以高温合金GH4169制备的金属橡胶为例,通过试验对比研究了热处理工艺对其力学性能的影响.结果表明,去应力退火工艺使金属橡胶构件的刚度提高1.5倍以上,但是对损耗因子几乎没有影响.经过退火处理的金属橡胶构件在高温工作环境下具有稳定的刚度和阻尼性能,并且刚度和阻尼的变化规律受安装约束条件影响.而未经热处理的金属橡胶构件在高温工作条件下将偏离几何尺寸及力学性能的初始设计值.因此,应用于高温环境的金属橡胶阻尼构件为了满足初始设计的力学性能并保持稳定,有必要进行合理的热处理.     

基于多应力加速试验方法的智能电表寿命评估

如何准确地分析、评估多应力-多参数下智能电表的可靠性和寿命是当前热点.首先分析了在温度、湿度、电应力、振动和磁场等条件下智能电表的性能参数内涵,通过失效机理分析提炼了关键参数及其敏感应力,然后通过强化试验探索了关键参数应力极限条件,设计了加速寿命试验方案并实施,对试验数据进行退化轨迹建模、多应力加速模型研究,综合评估了智能电表可靠性和寿命水平.本文成果能为改善智能电表可靠性和寿命提供方法.      

非对称空战体系对抗研究

对战斗机分代及其空战能力评估进行了研究,提出了空战体系对抗中,交战双方武器装备非对称度的概念和计算方法.基于体系对抗物理描述和数学模型,发展了非对称战役优势参数的概念.通过对典型的对称、非对称和极限非对称战役想定的作战模拟和分析,探讨了战斗机武器装备的数量与质量关系问题,装备质量太差就很难用数量去弥补.计算结果表明考虑非对称度影响的分析更接近当今战争的实际.      

钢管混凝土柱极限承载力分析的分段合成法

在计算钢管混凝土受压构件弹塑性极限承载力的合成法基础上,提出了一种新的数值计算方法--分段合成法,计算假设仅包括平截面假设和考虑紧箍力影响的钢管混凝土的应力-应变关系,取消了原合成法中对柱变形曲线的假设,积分时不仅需要在截面上划分单元而且还需沿杆长划分单元,因而可考虑柱多个截面的平衡条件.与原合成法相比,该方法不仅适用于轴压构件和两端偏心距相等的偏压构件,而且还适用于两端偏心距不等的偏压构件的弹塑性极限承载力计算.利用提出的方法和程序,计算了圆形截面钢管混凝土轴压长柱、两端偏心距相等的偏压长柱以及两端偏心距不等的偏压长柱的弹塑性极限承载力,理论分析结果与文献中的理论结果和试验结果均吻合良好.     

基于振动时效的异质构件残余应力均匀化方法

针对异质构件在装配过程中不可避免地产生非均匀化残余应力,且残余应力随着时间变化而不断减小,从而产生应力松弛的非均匀化,将影响构件的长期稳定性这一现象,同时针对该异质构件不适合用热时效方法处理的问题,利用有限元仿真方法首先仿真异质构件残余应力的分布,然后研究异质构件残余应力在自然时效下的变化规律,最后通过模态分析得到激振频率、谐响应分析得到激振幅值,通过瞬态动力仿真分析研究异质构件残余应力在振动时效下的变化规律.仿真结果表明:在自然时效下,残余应力需要经过1 a左右的时间才能基本达到稳定.在振动时效下,初始的几个周期就可以使得残余应力达到稳定.因此,通过结果对比分析认为,基于塑性变形理论的振动时效是一种快速使得残余应力均匀化的有效方法.     

Al-Li合金搅拌摩擦焊搭接接头的疲劳性能

通过疲劳寿命试验、疲劳断口和金相组织分析,研究了Al-Li合金搅拌摩擦焊搭接接头的疲劳性能,分析了接头前进侧热机影响区(TMAZ,Thermal-Mechanically Affected Zone)出现的“钩状缺陷”对其疲劳性能的影响.结果表明,钩状缺陷容易引起裂纹萌生及扩展,减小接头的有效承载板厚,适当缩短搅拌针长度可以改善钩状缺陷,提高接头力学性能.母材与搭接接头的疲劳S-N曲线研究表明:在高疲劳应力下,接头的疲劳寿命接近母材,但随着疲劳应力水平降低,接头的疲劳寿命急剧下降,200万循环周次下的疲劳强度仅达到80 MPa,为母材的35％.     

Al-Li合金搅拌摩擦焊搭接接头的疲劳性能

通过疲劳寿命试验、疲劳断口和金相组织分析,研究了Al-Li合金搅拌摩擦焊搭接接头的疲劳性能,分析了接头前进侧热机影响区(TMAZ, Thermal-Mechanically Affected Zone)出现的"钩状缺陷"对其疲劳性能的影响.结果表明,钩状缺陷容易引起裂纹萌生及扩展,减小接头的有效承载板厚,适当缩短搅拌针长度可以改善钩状缺陷,提高接头力学性能.母材与搭接接头的疲劳S-N曲线研究表明:在高疲劳应力下,接头的疲劳寿命接近母材,但随着疲劳应力水平降低,接头的疲劳寿命急剧下降,200万循环周次下的疲劳强度仅达到80 MPa,为母材的35%.     

新淬火状态铝合金板的成形极限

论述了硬铝合金成形工艺中应变路径、固溶热处理和时效过程对成形极限的影响,由试验得到了单向拉伸预应变和固溶热处理后时效过程中的成形极限图FLD(Forming Limit Diagram),重点研究了固溶热处理后时效过程中成形极限的变化,并得到了铝合金在时效过程中的成形极限应力图FLSD(Forming Limit Stress Diagram).结果表明,原始退火状态材料的成形极限高于新淬火状态材料的成形极限,且新淬火状态材料的成形极限随时效时间增加而降低,原因主要在于固溶热处理过程中材料组织状态的变化和应变硬化指数n在时效过程中的降低;成形极限应变的降低导致成形极限应力也随时效时间增加而降低.      

预腐蚀对多部位损伤发生概率的影响

针对飞机结构中存在的多部位损伤(MSD,Multiple Side Damage)问题,对预腐蚀后多细节结构MSD发生概率进行分析研究.预腐蚀条件选为3.5%NaCl溶液浸泡240 h.通过7B04-T74铝合金单细节预腐蚀-疲劳及常规环境疲劳试验,得到了预腐蚀影响系数C.确定了预腐蚀后的MSD发生概率与常规疲劳试验MSD发生概率之间的关系.建立了预腐蚀后的MSD发生概率公式.通过与试验结果对比表明:新的公式可以很好地反映试验结果.     

腐蚀条件下机翼主梁的疲劳寿命修正系数

针对歼击机主要疲劳关键件——机翼主梁,采用模拟试件进行加速试验环境谱下相当于地面停放不同年限的预腐蚀及谱载下疲劳试验,获得地面停放腐蚀影响系数C随地面停放年限T的变化曲线;由构成空中局部环境谱的各单一介质对谱载下寿命的影响试验,按百分比加权组合的方法获得空中腐蚀疲劳影响系数K.综合考虑C-T曲线与K,计算出不同无腐蚀条件下寿命和飞机年飞行小时数的组合所对应的腐蚀条件下机翼主梁疲劳寿命修正系数.为修正无腐蚀条件下寿命,从而评定腐蚀条件下机翼主梁寿命奠定了基础.     

结构疲劳可靠性设计的等损伤设计方法

简述了疲劳可靠性设计的发展历程;提出用于结构疲劳可靠性设计的"等损伤设计"概念与原理,进行了实验验证.实验表明:按此方法设计构件的零件能在设计寿命下,同时发生破坏;在给定寿命下,零件几乎"等损伤".从而证明按此方法对结构进行疲劳可靠性设计完全可行,且易为实际工程所应用.根据此设计方法,对结构进行疲劳可靠性设计,更能保证结构使用安全、可靠、重量轻.      

小型平板CPL实现高热流密度散热的研究

针对小型平板毛细抽吸两相流体回路(CPL)在高热流密度下的特点,分析了不同工质时系统的压力损失与毛细芯的毛细抽吸力,得出采用氨工质有着较好的传热性能和更高的毛细限,同时得出影响系统毛细限的主要因素是蒸汽联管管径和工质的蒸气密度,提出了工质传输系数作为选取工质的重要指标。建立了蒸发器多孔芯,金属壁面以及工质气、液空间区域的耦合数学模型,并运用SIMPLE算法进行求解,得出蒸发器内的温度分布及由于侧壁效应对多孔芯传热传质与传热极限的影响,同时提出小型平板CPL系统存在侧壁效应传热极限,它是影响系统最大传热量的一个重要极限,在设计小型平板CPL必须予以考虑。     

旋转对称结构零部件时变可靠性模型

分析了旋转对称结构零部件的失效特点以及对称单元数对零部件可靠性的影响,建立了能体现对称单元数的旋转对称结构零部件强度概率密度函数和累积分布函数.分别以随机载荷作用次数和时间为寿命度量指标,建立了随机载荷作用下能够全面体现载荷、强度、对称单元数、寿命指标等参数影响的旋转对称结构零部件时变可靠性模型与失效率计算模型.研究表明:在强度不退化的情况下,旋转对称结构零部件的可靠度也会随着寿命指标(载荷作用次数或时间)逐渐降低,失效率随寿命指标逐渐减小.对于具有相同对称单元的旋转对称结构零部件,随着对称单元数的增加,零部件可靠度会降低且失效率会增大.     

确定飞机结构WFD平均行为的寿命升降法

广布疲劳损伤(WFD)问题严重威胁飞机结构的完整性和安全性,为确定支持飞机结构广布疲劳损伤评定和维修大纲的有效性限制,需要先确定飞机结构的广布疲劳损伤平均行为。以疲劳应用统计学中强度升降法的理论为基础,提出了确定飞机结构广布疲劳损伤平均行为的寿命升降法,在不同寿命级上进行疲劳试验,继而进行剩余强度试验,判断剩余强度是否满足要求,当相邻2个寿命级上出现相反结果时,取2个寿命均值为正好满足剩余强度的寿命,重复试验并统计分析得到广布疲劳损伤平均行为。以5细节多部位损伤结构为例,采用提出的寿命升降法,测得了其在指定载荷条件和剩余强度下的广布疲劳损伤平均行为。提出的寿命升降法以疲劳可靠性为理论基础,不依赖于结构的具体形式和受载情况,对多部位损伤和多元件损伤结构均适用。      

线结构光传感器的数学模型及其测试方法

研究了线结构光传感器的数学模型，并给出了齐次坐标系下的表达形式。根据线结构光传感器的特点，提出了一种用简单的齿形靶及一个一维工作台实现求光平面在摄像机坐标系的位置参数的高准确度的测试方法，解决了对抽象光平面的瞄准问题。通过实验验证，证实了这种测试方法的可行性。     

地球静止轨道LIPS-300离子电推力器热设计与优化

LIPS-300离子电推力器工作时产生的大量热耗会严重影响其工作性能,因此推力器的热控设计和在轨温度预计是推力器设计的关键技术之一。文章首先提出了地球静止轨道LIPS-300离子电推力器热设计,建立了离子电推力器热分析有限元模型。然后,针对典型的地球静止轨道位保工况开展了LIPS-300离子电推力器的在轨热分析,得到了LIPS-300离子电推力器重点部件在轨工作时的温度预计：下极靴、阳极筒、屏栅、下磁钢为主要的高温位置,且下磁钢温度可能超出材料温度上限。最后,基于热分析的结果结合离子电推力器的特点提出适当增加外壳散热面积是离子电推力器优化设计的有效方向,而增强阳极筒、极靴与屏栅筒间的内部换热是无效的设计优化方向。     

腐蚀条件下疲劳寿命评定的名义应力法

提出了腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定的名义应力法.以地面停放腐蚀影响系数C-T曲线为基础,通过计算反推建立飞机结构疲劳关键危险部位对应不同地面停放时间的p-S-N曲线族,应用线性累积损伤(Miner)理论估算飞机结构在使用环境谱载下的疲劳安全寿命;考虑空中腐蚀疲劳影响对疲劳安全寿命加以修正.该方法为腐蚀条件下飞机结构寿命的评定提供了有效可行的技术途径,具有重要的工程应用价值.