拉压、扭转载荷下铸铝合金的亿周疲劳性能研究

应用超声疲劳试验机对铸铝合金2-AS5U3G-Y35在扭转和拉压循环载荷下进行了超高周疲劳性能测试.介绍了超声扭转疲劳试验装置的设计.应用35 Hz常规疲劳试验机和20 kHz的超声疲劳试验机完成应力比R=-1的拉压、扭转疲劳试验,进而研究不同载荷条件、加载频率对铸铝合金超高周疲劳性能的影响.S-N曲线显示,铝合金在105～1010疲劳周次间仍发生疲劳断裂,不存在疲劳极限.断口分析表明,在超高周循环拉压载荷下,疲劳裂纹常萌生于试样次表面材料内部缩孔.与循环拉压载荷下的疲劳断裂机理不同,在循环扭转载荷下疲劳裂纹主要萌生于试样表面,疲劳断裂面为一种典型的沿试样轴向45°的螺旋面,即沿最大主应力平面断裂.扭转疲劳断面清晰的剪切条带表明扭转疲劳断裂实质上是剪切断裂.     

腐蚀环境对LC4CS铝合金疲劳裂纹闭合的影响

采用透射电子显微镜观察了３．５％ＮａＣｌ溶液中的ＬＣ４ＣＳ薄膜试样裂纹扩展，并用俄歇能谱仪对ＬＣ４ＣＳ铝合金边缺口试件在３．５％ＮａＣｌ溶液中腐蚀疲劳裂纹面进行了测试。结果表明，腐蚀介质使薄膜试样理解纹扩展，裂纹面有腐蚀产物生成；腐蚀疲劳裂纹面生成的致密的钝化膜抑制了腐蚀产物的进一步发展，分析认为，３．５％ＮａＣｌ溶液中ＬＣ４ＣＳ铝合金裂纹闭合与干燥空气中相同。     

疲劳缺口系数评述

对疲劳缺口系数Ｋｆ的定义和影响因素进行了全面综述，对目前已被普遍接受和广泛使用的一些典型Ｋｆ表达式作了系统的回顾和评述。按照不同的Ｋｆ表达式建立所作的基本假设可将Ｋｆ表达式大致分为平均应力模型、断裂力学模型和场强法模型三类。对以上三类模型的比较分析表明，平均应力模型是应力场强法模型的特例；断裂力学模型是建立在非扩展小裂纹基础上的，对应力集中系数较大的缺口较为合理；应力场强法模型是一个比较有前途的模型。     

齿轮抗弯曲疲劳可靠度预测的方法

把齿轮弯曲疲劳失效处理成随机事件，以这个随机事件为研究对象，用齿轮抗弯曲疲劳的累积损伤强度ＫＷ和总疲劳损伤量ＤＷ来描述弯曲疲劳失效随机事件，得出用概率描述的弯曲疲劳的疲劳累积损伤模型。用这个计算模型，提出齿轮抗弯曲疲劳可靠度预测的方法。     

剥蚀对含孔试件疲劳寿命影响研究

剥蚀是影响老龄飞机结构完整性的重要因素之一。本文对LY12CZ铝合金含孔试件进行了预剥蚀疲劳试验,试验结果表明剥蚀使疲劳寿命下降,但其与剥蚀程度并不成正比。运用MSC.Marc中的单元"软化"技术模拟了剥蚀对试件应力分布影响,结果表明最大主应力不但与腐蚀深度有关,还与腐蚀形貌和位置有关。最后基于材料的初始不连续状态(initial discontinuity state,IDS),建立了评估剥蚀对含孔试件疲劳寿命影响的模型。预测值与试验结果比较表明,该模型预测结果精确,方法可靠。     

基于物理原型的结构疲劳寿命评估方法

结构所受的真实载荷历程是实现疲劳寿命监控的核心。本文面向结构疲劳寿命在线监测提出了一种基于物理原型的疲劳载荷的反演和寿命评估方法。通过对潜在疲劳危险部位附近的应变场监测,依据结构疲劳危险部位的物理原型,反演结构所受外载荷;然后按照结构疲劳寿命分析方法获得结构的疲劳寿命。完成了一个耳片疲劳寿命在线监测试验,结果表明了本方法的可行性和有效性。     

一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法

提出了一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法。首先,运用弹塑性理论模型求解出铆接造成的铆钉孔周边的残余应力。然后,通过三维弹塑性、接触非线性有限元分析(Finite element method,FEM),计算出载荷传递引起的铆钉孔周围的应力分布。将这两个应力场进行叠加,并将沿径向距离疲劳危险部位应力最大处特定距离的点的应力,对照相关材料的光滑试件S-N曲线进行插值,得到疲劳寿命的评估结果。新方法与应力严重系数法(Stress severity factor,SSF)法进行了对比,并通过试验验证了该方法的可行性和准确性。     

冷挤压孔的有限元分析研究(英文)

带切缝衬套的冷挤压强化技术由于引入了残余应力,可以显著提高飞机紧固件孔的疲劳寿命。本文针对目前的研究冷挤压孔边残余应力,大都采用基于厚壁圆筒的轴对称小变形、平面应力状态、孔边受力为均布载荷等假设所带来的不足,提出了采用三维分析模型,并考虑衬套对孔边受力的影响、试件在孔轴线方向上的应力差异等因素,研究了带衬套挤压件在加载、卸载及疲劳拉伸载荷状态下的应力分布,并与无衬套挤压时的状态进行比较,从机理上揭示了带衬套挤压在改善试件抗疲劳性能方面的优势。     

飞机座舱有机玻璃结构疲劳寿命估算的局部应力法

基于飞机座舱有机玻璃为脆性材料的特性，提出估算飞机座舱有机玻璃结构件疲劳寿命的局部应力法。它以缺口件韧带上距离缺口根部d处的局部应力为参数，对照光滑试验件的S-N曲线，利用线性累积损伤理论，可以较好地预测结构件的疲劳寿命。对飞机座舱有机玻璃YB3的三种结构件进行了疲劳试验和寿命分析，结果表明：寿命估算结果与试验结果吻合较好。     

结构元件疲劳可靠性估算的剩余寿命模型

从安全余量的定义出发，提出了一个估算结构元件疲劳可靠性的剩余寿命模型，基于常幅载荷下，疲劳寿命可用对数正态函数分布描述，本文分析了常幅和变幅载荷作用下材料的疲劳剩余寿命的分布形式，认为可用带位置参数的对数正态函数近似描述。在此基础上，系统阐述了元件在常幅和多级载荷下的疲劳可靠性分析方法。3个算例表明：预测结果与试验结果符合很好，本文给出的剩余寿命模型是合理的。     

疲劳裂纹尖端塑性变形的研究

采用弹塑性有限元方法研究了疲劳裂纹尖端的塑性区形状和尺寸以及加载与卸载过程中裂纹面形状的变化，通过比较相同条件下静态裂纹与疲劳裂纹面张开位移的差异，研究了疲劳裂纹尖端尾纹中残留塑性变形的形成，讨论了裂纹尖端尾纹中残留塑性变形对裂纹闭合现象的影响。     

高周疲劳裂纹萌生的非线性微观力学模型

简要介绍了高周疲劳裂纹萌生的微观力学模型,如滑移带挤出模型,位错塞积模型和位错反应模型等。     

受拉螺栓的应变疲劳可靠性分析

分析了受拉螺栓的应力与变形，指出这种螺栓的强度失效的主要原因是应变疲劳破坏，进一步在探讨应力-应变统计特性的基础上，提出了确定螺检应变疲劳可靠性寿命的方法，因此方法可进行螺栓可靠性寿命的预测。     

无传载紧固孔的疲劳寿命估算

本文根据紧固件与紧固孔的间隙配合、平滑配合或干涉配合情况具有的不同接触应力和干涉应力、应变分析特点,研究了用Neuber方程分析孔边局部应力、应变等循环参数和用Manson-Coffio应变疲劳寿命方程估算无传载紧固孔的痨劳寿命方法。例举的紧固件与紧固孔不同配合试验件的疲劳寿命试验结果与本文利用应力严重系数法分别计算的结果对比表明,本文所述的无传载紧固孔疲劳寿命估算方法与试验结果是比较一致的。这一循环参数分析和疲劳寿命估算方法为典型机翼下壁板结构的疲劳寿命估算建立了基础。     

复合材料层合板冲击及冲击后疲劳寿命预测方法(英文)

现有含冲击损伤复合材料层合板的寿命预测方法是建立在冲击后复合材料层合板的疲劳性能基础之上的,导致模型和方法不具有通用性。因此,针对含冲击损伤的复合材料层合板,基于逐渐累积损伤理论和无损单向板的疲劳特性,建立一种具有普遍适用性的三维逐渐累积损伤的疲劳寿命预测方法。该方法可对不同铺层参数、不同几何尺寸以及不同冲击条件下层合板的疲劳寿命进行预测。为了在缺少冲击试验时也能实现受到冲击载荷后层合板的疲劳寿命预测,对层合板在冲击载荷及冲击后疲劳载荷作用下的破坏进行全程分析,将预测得到的冲击损伤状态用于分析冲击后的疲劳寿命。同时基于全程分析的方法,开发了参数化的复合材料层合结构冲击及冲击后疲劳破坏模拟程序。与试验对比,最大误差为7.78%。     

表面疲劳裂纹监测系统研制

首先介绍了直流电位法－裂纹扩展片检测裂纹的方法和原理。根据直流电位法原理,采用裂纹扩展片测试裂纹的方法。研制了表面疲裂纹监测系统。通过监测系统软件设计,实现对采样数据,波形和图形进行实时屏幕显示,对表面疲劳裂纹扩展进行动态监视。对于不同应力水平作用下的循环时间可计时累加并再现,可为疲劳裂纹形成寿命的预测提供依据。     

飞机连接耳片故障诊断疲劳损伤评估专家系统

连续耳片是飞机上的重要部件，其使用环境恶劣，极易出现故障引起失效。本文根据大量的数据、表格和曲线，用Delphi程序设计构造了专家系统的知识库及推理机，从静强度、疲劳强度、疲劳寿命、断裂损伤、临界裂纹及裂纹扩展寿命等方面，结合材料性能、表面加工、干涉配合、大气环境及表面强化等因素，对飞机连接耳片进行疲劳损伤容限的评估。提出了用剩余强度裕度、疲劳裕度、断裂判据、临界裂纹长度、挤压系数、耳片疲劳额定许用基准值、耳片孔边单裂纹综合构形因子、耳片几何因子、耳片试验试件系数、试验可靠性系数、置信系数和特征寿命等参数进行评估的方法。     

服役环境下材料S-N曲线的BP模型

目前常规条件下各种金属材料的S—N曲线已基本完备，但是考虑腐蚀环境影响的S—N曲线还很少见。本文研究了在加速腐蚀当量环境谱作用后，LY12-CZ铝舍金材料的S—N曲线随日历年限的变化规律。首先，将试件暴露于加速腐蚀环境中，进行0年、3年、8年和13年的腐蚀试验。其次进行常幅谱下的疲劳试验。试验结果表明：腐蚀环境作用后的疲劳寿命均值随日历年限的增加显著降低，而变异系数呈增长的趋势。鉴于腐蚀环境作用后的S—N曲线具有较强的非线性，本文采用反向传播网络对加速腐蚀后的疲劳试验结果进行训练，建立了日历腐蚀环境下材料S—N曲线的BP模型，仿真结果与试验结果吻合较好。     

复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型

采用有限元方法发展了一个复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型,模型给出了复合材料层合板刚度退化、内部损伤和损伤累积规律,把层合板的失效过程模拟成单元刚度逐步退化、应力不断重新分布、单元损伤不断累积的动态过程。利用ANSYS软件进行了两个算例分析,分析预测结果与试验结果吻合较好。     

拉扭加载下疲劳裂纹扩展的试验研究

对航空材料LY12CZ进行了多种比例和非比例拉扭双轴加载下的疲劳试验。采用弹塑性有限元方法对缺口孔边的应力应变进行了分析,探讨疲劳裂纹扩展方向与孔边各应力和应变分量之间的关系。比较分析结果与试验数据得出比例加载下,疲劳裂纹基本上在垂直于最大主应变方向扩展。45°及90°非比例加载下,疲劳裂纹沿着最大剪应变平面扩展。