镍基单晶合金CT试样裂纹尖端应力结构及晶体滑移特性

 针对3种不同晶体取向（［001］,［011］,［111］）的镍基单晶合金DD3紧凑拉伸（CT）试样，利用考虑有限变形和晶格转动效应的率相关晶体滑移有限元程序对其裂纹尖端三维应力场进行了弹塑性模拟计算分析，深入考察了裂尖等效应力和滑移系分切应力分布以及滑移系激活规律，并对裂纹扩展路径进行了理论预测和试验研究。结果表明，裂纹尖端应力结构有较大的变化，呈现复杂的变化规律，对此试样的晶体取向有较大的影响；裂纹尖端自由表面形成具有特定矢量方向的滑移带，裂纹启裂和扩张途径与该滑移带有关，晶体学结构分析表明其特征敏感于晶体取向。裂纹尖端的等效应力、最大分切应力沿厚度方向分布均为在试样心部较为均匀，而在外表面处则下降较快，有限元计算和实验测定结果证实这两部分分别与试样断口上的纤维区和剪切唇区相对应。     

航空发动机振动应力测量的贴片可靠性及优化分析

为了评估航空发动机应变片粘贴误差对振动应力测量结果的影响程度,利用有限元计算与蒙特卡洛分析方法对压气机转子叶片的贴片方案进行了研究,并提出基于可靠度的贴片方案优化准则。分析结果表明:当贴片位置由应变梯度较小的B点移动至应变梯度较大的A点时,相对应变误差增加了0.5倍,贴片可靠度降低了0.3倍;当贴片方向与最大主应变方向之间的夹角由0°增加至30°时,相对应变误差增大了0.6倍,贴片可靠度降低了0.4倍;根据可靠度准则,所选贴片方案可同时对两阶模态的振动应力进行有效测量,其可靠度达到限制值0.9以上,表明将该准则用于贴片方案寻优是合适的。     

高温下薄壁圆筒拉伸试样的应力-应变关系研究

采用试验和有限元相结合的方法对不同温度下薄壁圆筒拉伸试样的颈缩问题进行了研究。试验结果表明，薄壁圆筒试样颈缩时，其内外径均有变化，并且外径的变化比内径的变化要大。采用有限元法对薄壁圆管拉伸试件进行应力应变分析，对最小颈缩面上的应力分布的分析表明：沿着薄壁圆筒的内壁到外壁的径向方向，应力呈减小的趋势，这与试验中薄壁圆筒首先从内壁开始破坏的结果是相符合的。比较试验所得的不同温度下的拉伸曲线与采用计算机模拟的方法得到不同温度下的应力应变关系，二者符合性较好，得出了试样在特定温度下的真实应力-应变曲线。     

镍基单晶涡轮冷却叶片力学性能表征技术研究新进展

镍基单晶涡轮叶片作为20世纪80年代以来航空发动机重大技术之一,近几年的发展相当迅速,相继开发了几代单晶合金,目前被广泛应用于先进的在役和在研的航空发动机,为大幅度提高发动机性能作出了重大贡献。     

航空发动机材料疲劳可靠性试验设计

为了经济合理地进行航空发动机材料疲劳性能试验设计,并保证试验结果的“可比性”与“再现性”,根据t分布理论,按一定置信度和误差度要求,给出确定最少试件个数的判据;借助单侧容限系数,给出具有置信度的百分位值。     

涡轮盘概率风险的评估方法

针对CCAR33.70条款对涡轮盘开展概率风险评估的要求,研究了响应面法在定义重点采样区间以及计算裂纹扩展寿命中的应用,给出了在蒙特卡洛模拟过程中应用响应面法定义失效域,缩短样本方差、提高抽样效率的方法.分析结果表明应用重点采样法可以极大地提高抽样效率.采用重点采样法获得的失效样本数与总样本数的比例高达94%,远大于传统的直接抽样法获得的失效样本数与总样本数的比例（仅为33%）.该方法可以在保证分析精度的条件下减少样本的数量.另外,应用响应面法拟合寿命近似方程,可以极大地缩减裂纹扩展寿命的计算时间:利用寿命近似方程开展104次随机抽样所花费的时间仅有2min,远低于应用传统寿命计算方法所花费的时间（288 min）.通过对寿命近似方程的寿命计算误差分析可以看出:最大计算误差仅有1.0%,计算结果与传统裂纹扩展寿命模型的计算结果吻合度高.该研究成果可以提高涡轮盘概率风险评估的效率.      

考虑应力松弛的单晶涡轮叶片蠕变疲劳寿命预测

建立了民用航空发动机单晶涡轮叶片考虑应力松弛的蠕变疲劳寿命预测方法,该方法在热弹性蠕变有限元计算基础上,综合单轴等应变松弛模型及多轴应力修正因子预测全寿命周期内的应力松弛历程,应力下限取为一次应力.利用综合时间硬化隐式蠕变方程描述蠕变变形,结合损伤雨流计数法及Morrow方程计算疲劳损伤,基于Robinson法则的分段损伤线性累积方法计算全寿命周期内的蠕变损伤,总损伤达到临界损伤时获得蠕变疲劳寿命.通过对公开的单晶材料蠕变疲劳数据的分析,临界损伤定为0.5.结果显示,考虑应力松弛的蠕变疲劳寿命是不考虑应力松弛的45.6倍.为保证可靠性而兼顾经济性,叶片寿命预测时,可先有限元循环加载n个循环,再利用所提出的方法预测2n个循环内的应力松弛历程.      

航空发动机轮盘概率风险评估方法

建立了一种基于概率损伤容限的航空发动机压气机轮盘风险评估方法,考虑了缺陷发生率、缺陷分布、应力与缺陷检测概率对涡轮盘失效风险的影响。基于适航规章与咨询通告的要求,建立了考虑检查与不考虑检查两种不同的概率风险评估流程。结合有限元应力分析和断裂力学方法计算了压气机轮盘失效风险随循环变化曲线,与咨询通告AC 33.14-1给出的案例进行了对比,验证了本文提出方法的准确性与合理性。     

航空发动机材料疲劳可靠性试验设计

为了经济合理地进行航空发动机材料疲劳性能试验设计,并保证试验结果的“可比性冶“与“再现性”,根据t分布理论,按一定置信度和误差度要求,给出确定最少试件个数的判据;借助单侧容限系数,给出具有置信度的百分位值。