航天器舷窗玻璃的强度检验方法和寿命预测

以断裂力学为基础,结合热钢化玻璃应力分布的特点,首次提出了热钢化玻璃的检验试验和寿命预测方法,为热钢化舷窗玻璃的强度检验提供了理论基础。分析示例的计算表明,即使通过相同的检验应力,在不同的使用环境中允许的使用应力是不同的;不同环境下,同样的使用应力,玻璃的使用寿命相差很大。     

载人航天器舷窗玻璃的强度特性

通过对玻璃强度理论的综述，分析了舷窗玻璃的强度特性。指出舷窗玻璃强度设计必须以玻璃的断裂机理为依据，而不能仅按传统上的杭张强度或抗折强度等指标作为选材标准。舷窗玻璃的强度受表面微裂纹影响很大，要保证舷窗玻璃强度达到设计和使用要求，必须对玻璃表面的裂纹进行严格的控制和检测。考虑到玻璃的亚临界裂纹生长，舷窗玻璃使用前应避免在大气环境中长时间受力。在舷窗结构设计时还应避免使处于张应力的表面与水分接触。     

夹持边界条件下表面裂纹应力强度因子求解

为了进行试验室条件下表面裂纹扩展行为研究,需要进行试验机夹持边界条件下的表面裂纹应力强度因子求解.通过对夹持特点的分析,将其等效为均匀拉伸和弯矩的共同作用,并使得试件端部转角为0°.以自由均匀拉伸和纯弯载荷作用下表面裂纹应力强度因子解的Newman-Raju公式为基础,计算得到了等效模型弹性位能表达式,应用卡氏第一定理求得了弯矩与拉伸载荷的关系,采用叠加原理得到了夹持边界条件下表面裂纹应力强度因子解.为了验证解的适用性,采用Abaqus软件计算得到夹持边界条件下若干典型表面裂纹的应力强度因子数值解,对比表明了提出的应力强度因子解法是足够精确的.随后探讨了裂纹形状、试件长厚比等对夹持边界条件下应力强度因子修正因子的影响规律.     

局部配置法求解TBC界面裂纹应力强度因子研究

主要探讨了应用局部配置法求解拉伸载荷下和热载荷下陶瓷隔热涂层界面裂纹的应力强度因子的方法.对于陶瓷隔热涂层,其陶瓷层与粘结层之间的界面裂纹的应力强度因子是复型的,它包括应力强度因子的模和相位角.其求解与传统均质材料的应力强度因子是不同的.     

三维裂纹混合型应力强度因子的测定

测定三维体内部裂纹前沿应力强度因子的分布，可搞清裂纹扩展规律，进行飞机结构的损伤容限设计，将反射焦散线法与应力冻结、解冻技术相结合，使焦散线法能够用于测量三维体裂纹尖端应力强度因子的分布，并综合使用光弹法和焦散线法和三维体裂纹混合型应力强度因子进行实验测定及分离。     

旋转部件SGBEM-FEM耦合热弹性断裂分析

旋转部件载荷复杂,易萌生裂纹,引发疲劳断裂失效。针对含裂纹受热旋转部件,在全局无裂纹区域使用有限元法(FEM),发挥其在大型结构仿真分析方面的优势;在裂纹附近局部子域使用对称伽辽金边界单元法(SGBEM),发挥其在结构断裂分析方面的优势。构造考虑旋转惯性载荷和热载荷影响的SGBEM超单元,该超单元刚度矩阵对称半正定,且施加的旋转惯性载荷和热载荷仅影响等效力向量,可实现与有限元刚度矩阵和力向量的直接装配,从而耦合求解旋转部件的热弹性断裂问题。采用构造的SGBEM超单元FEM耦合法计算了含裂纹受热旋转圆盘的应力强度因子,验证了该方法的有效性。      

2195-T8铝锂合金疲劳多裂纹融合试验与仿真研究

铝锂合金作为航空航天广泛应用的合金材料,其疲劳断裂行为的研究对结构安全性评价具有重要意义。以第三代铝锂合金2195-T8为研究对象,通过恒幅拉-拉疲劳试验和有限元方法对2195-T8铝锂合金疲劳裂纹扩展行为进行试验与仿真研究。基于断面显微测量与观察,在仿真模型中引入多个初始裂纹,模拟多裂纹的融合扩展过程,获得多裂纹独自扩展、交融时扩展和融合后扩展的规律。结果表明：裂纹融合前,在疲劳循环载荷作用下,裂纹尖端应力强度因子总体上不断增大,塑性区域体积增加区域平缓;当裂纹相互融合时,裂纹面处应力强度因子瞬时增大,远高于其余裂尖数值大小;随着裂纹进一步融合,尖端应力强度因子数值趋于平稳;裂纹完全融合后,到达裂纹快速扩展阶段,塑性区域体积与扩展步数呈正比增加,扩展速率呈现先快后慢的规律,裂纹面交汇融合成新的椭圆形状裂纹面。     

耐久性分析相对小裂纹扩展速率公式的参数确定方法

结构细节相对小裂纹扩展速率公式是采用概率断裂力学方法进行结构耐久性分析的关键。针对目前需进行多个应力水平下的成组疲劳试验以确定相对小裂纹扩展速率公式适用范围和参数的问题，首先，通过将应力强度因子修正系数展开为多项式，基于材料稳定裂纹扩展段的裂纹扩展速率公式得到了耐久性分析的相对小裂纹扩展速率公式。然后，以受远场均匀拉伸载荷作用的中心圆孔板为对象，分别基于应力强度因子近似解和FRANC3D软件进行裂纹扩展分析，得到相对小裂纹尺寸范围及对应裂纹扩展参数的确定方法。最后，进行了3种试件在等幅交变应力下的耐久性试验，验证了该方法的正确性。      

表面裂纹应力强度因子工程计算方法

本文通过对表面裂纹应力强度因子计算和工程应用,提出一种工程上适用的计算方法。此方法可适用于拉伸载荷、弯曲载荷和拉弯组合载荷作用下有限板上的表面裂纹。表面裂纹的深度和板厚比为0.1～0.9;深度和长度比为0.7～2.0。同时考虑了有限宽度对应力强度因子的影响。     

印刷线路板设计参数对镀通孔可靠性的影响

基于镀通孔(PTH, Plated Through-Hole)应力分布模型,定量地研究了PTH线路板厚度与PTH直径之比(高径比)、PTH半径与镀层厚度之比、线路板有效作用半径与PTH半径之比等几何设计参数以及线路板玻璃化温度对PTH镀层应变及寿命的影响.通过引入等效温度载荷,给出了不同玻璃化温度下的应力分布模型.研究表明,在屈服温度载荷附近时,PTH应变和寿命对几何尺寸非常敏感.在固定线路板有效作用半径与PTH半径之比后,PTH高径比影响较为明显.对于一定厚度的线路板,PTH半径越小,镀层最大应变越大,寿命越低.在玻璃化温度以上,应变急剧增加.研究还表明应变集中系数并非固定不变,而是在弹性和塑性范围内有所变化.      

300M钢回火过程中位错密度变化

低合金超高强度钢300M是飞机起落架用的主要材料。以回火状态使用,抗拉强度达2000MPa以上。其中的马氏体主要是板条马氏体,因此钢中的位错亚结构对性能影响很大。用TEM及双光束技术研究了300M钢的位错密度随回火制度而变的规律。结果表明,位错密度的变化与性能的变化相当一致,从而进一步说明位错对钢的强化作用是决定性的。     

受钉传载荷含边缘裂纹板的解析变分解法

采用复变-变分法求解受钉传载荷含边缘裂纹各向异性与各向同性板的应力强度因子。首先建立满足所有各向异性弹性力学基本方程和钉孔合力平衡条件及位移单值条件的应力和位移级数表达式,然后应用变分原理满足板的边界条件,从而确定应力强度因子。计算表明,级数收敛迅速,数值解和实验结果吻合,而所需机时较少。     

复合材料固化应力模型

本文建立了描述复合材料固化应力史的综合模型。在本模型中考虑了化学收缩对残余应力史的贡献,并考虑了以玻璃化转变区为应力释放区的应力松弛过程。整个模型由四部分组成:描述温度场的模型、物理力学参数的模型、描述细观纵向残余应力史的模型、描述层合固化应力史的模型。     

半球谐振子疲劳寿命分析与仿真

半球谐振子的寿命和损伤是直接影响高精度半球谐振陀螺使用时长和安全性的重要因素。目前国内加工的半球谐振子所用的熔融石英玻璃材料主要依靠进口，采用传统的疲劳寿命实验确定方法成本过于昂贵，因此需要利用疲劳分析软件对半球谐振子的疲劳寿命进行分析。文章通过半球谐振陀螺应力分析，采用ANSYS软件对熔融石英半球谐振子进行应力分析仿真，确定因残余应力所引起的疲劳危险部位，并在疲劳部位进行裂纹扩展分析，得到 、 和 型应力强度因子，以使在半球谐振子结构设计和使用过程中对易疲劳的部位进行有效监控和预防。     

含偏轴裂纹三维有限大体剪切型应力强度因子

采用能量差率方法，首次导出了含偏轴裂纹三维有限大体剪切型应力强度因子封闭解，根据此方法，可充分利用二维结果解决三维问题，由此所得的解答退化到对称情况时与现有结果符合得很好。同时本方法的计算效率很高。