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。     

基于广义DFR概念的受剪连接件疲劳寿命估算方法

提出了广义DFR(细节疲劳额定值)概念,基于疲劳寿命遵循对数正态分布规律推导了任意应力比、可靠度和置信度下的DFR值的计算公式,在此基础上,发展了基于广义DFR概念的连接件谱载疲劳寿命估算方法,试验测定了铆钉单搭铝合金连接件和螺栓连接合金钢连接件的广义DFR值和谱载疲劳寿命。采用本文提出的广义DFR方法估算了两种连接件的谱载疲劳寿命,并与试验结果进行对比,发现理论估算结果与试验数据吻合良好。     

复合材料单排多钉接头疲劳损伤失效试验

针对T300/BMP-316复合材料层合板单排三钉双剪连接接头进行了静拉伸与拉-拉疲劳试验研究,考虑了三钉接头的三种几何尺寸及有无拧紧力矩两种工况对其力学性能的影响.为对比三钉与单钉螺栓接头的力学性能差异,对单钉螺栓接头也进行了试验.为了解层合板双剪接头螺栓孔随着载荷增加的变形情况,对螺栓孔的径向伸长变形进行了测量.结果表明:三钉接头的破坏形式与接头的尺寸密切相关;用单钉接头的力学性能来表征多钉接头的力学性能存在一定的误差;试验得到了螺栓孔变形与载荷增加的关系曲线.      

长期大气腐蚀对2A12-T4铝合金结构疲劳性能的影响

开展了2A12-T4铝合金平板试验件、螺栓干涉试验件和冷挤压后螺栓干涉试验件在海南万宁大气环境下暴露腐蚀7年、12年和20年后的疲劳试验,进行了试验件腐蚀形貌分析、断口形貌分析和断口附近的侧边损伤形貌分析,并讨论了结构裂纹萌生位置、结构断裂部位和寿命变化规律等疲劳特征的形成原因和机理。研究结果表明:平板试验件和冷挤压后螺栓干涉试验件在腐蚀20年后的疲劳寿命与腐蚀12年相比基本持平,而螺栓干涉试验件的疲劳寿命持续下降;在长期大气腐蚀环境下结构局部强度的衰减速度排序是:螺栓干涉强化部位>未强化部位>冷挤压后螺栓干涉强化部位;2A12-T4铝合金材料在L-S面中部的腐蚀敏感性与L-S面侧边和L-T面相比更弱;L-S面发生的沿晶腐蚀是疲劳开裂的主要萌生源,长期腐蚀后侧面密集损伤导致的能量分散是使腐蚀20年后平板试验件寿命与腐蚀12年相比无明显下降的主要原因。     

层合板单钉接头多级疲劳试验

为探讨层合板单钉接头在实际工作中多级疲劳破坏规律,首先通过特征尺寸为层合板端距与螺栓孔孔径之比为3、层合板宽度与螺栓孔孔径之比为3的层合板单钉接头准静态拉伸试验及常幅拉-拉疲劳试验,分析了层合板单钉接头实际损伤失效形式及单级疲劳破坏规律,为其多级疲劳试验各级应力水平的选取提供基础依据.然后对层合板单钉接头在载荷由高到低及由低到高2种加载方式2级载荷作用下的疲劳性能进行了试验研究,并使用经典线性累积损伤理论Miner法则分析计算了接头疲劳损伤值.结果表明:当应力水平由低向高施加时,疲劳损伤值大于1,而应力水平由高向低施加时,疲劳损伤值小于1.      

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。     

铝合金T型接头双激光束焊接断裂行为研究

为推动双光束激光焊接在国产大型客机机身壁板上的应用,系统研究了6000系列铝合金T型接头CO2激光焊接试验件的断裂行为。试验表明:在横向拉伸、纵向拉伸和剪切这3种检测方式下,T型接头的起裂位置均为焊趾处,裂纹沿着下熔合线扩展,下熔合线区为T型焊接接头的薄弱区。     

内锥衬套高锁螺栓性能及接头疲劳寿命研究

针对研制的内锥衬套高锁螺栓进行性能试验,开展复合材料/金属双搭多钉连接接头静力和疲劳试验及接头失效分析。结果表明,研制的内锥衬套高锁螺栓抗拉、双剪、疲劳及冶金性能合格,拉伸断口显微特征为韧窝。复材/铝合金多排钉连接接头间隙配合钉载比例差为41%,干涉配合钉载分配比例差为34.7%(1.0%的相对干涉量下);复材/钛合金接头间隙配合钉载分配比例差为43.3%,干涉配合钉载分配比例差为37.7%(1.0%的相对干涉量下),干涉配合可以提高钉载分配的均匀性。复材/铝合金接头干涉配合的疲劳寿命约为间隙配合的1.7倍,复材/钛合金接头干涉配合的疲劳寿命约为间隙配合的3.4倍。间隙配合连接的断裂试样主裂纹萌生于孔壁和试件表面,干涉对孔壁有强化作用,其主裂纹萌生于试件表面孔角和孔壁。7050铝合金呈现解理和韧窝的混合特征,TA15显微显示为准解理断裂,存在少量等轴韧窝和河流花样。     

某型飞机外翼下壁板连接件疲劳试验失效分析

通过对某型飞机外翼下壁板与肋典型连接厚件疲劳试验的破坏件进行断口金相分析和试验特征分析发现,在多种应力综合作用下,处于三向应力状态下的螺栓孔内壁形成疲劳源,最终发生疲劳断裂,且在出现裂纹之后,裂纹扩展寿命很短.     

LMS模态分析软件在齿轮组件模态试验中的应用

为研究某型发动机螺旋圆锥齿轮组件轴向振动对联结螺栓强度的影响，对齿轮组件进行了模态试验，并利用LMS CADA—PC模态分析软件进行了模态分析，找出了齿轮组件的联结螺栓产生疲劳断裂的基本原因。     

直升机主桨毂复合材料星形件疲劳研究

直11型机主桨毂星形件是典型的复合材料层合板结构,在复杂的疲劳载荷环境下,有可能出现几种不同形式破坏模式,如:分层破坏和纤维断裂,忽略任何一种可能出现的破坏模式都将可能给飞行带来安全隐患。理想的试验是有限的试验件能得到所有的破坏模式的结果。本文较完整地总结和介绍了直11型机和“海豚”的复合材料星形件疲劳试验及试验结果,较详细地分析了各种破坏模式的形成机理和挥摆载荷比对破坏模式出现率的影响,认为疲劳试验载荷的挥摆载荷比不应仅仅根据实际飞行时载荷状况,主要应根据星形件结构性能来确定。     

TC4 钛合金扩散焊接头剪切疲劳性能研究

为了研究钛合金扩散焊接头在航空航天领域焊接性能的稳定性，制备了双搭接形式的接头试样，在温度为 910 ℃、压力为 3.4 MPa 条件下对 TC4 钛合金板材进行扩散连接，并对双搭接接头试样开展静强度试验，获得试样在焊缝界面处的平均剪切强度约为 199.4 MPa，试样断裂前后接头没有发生明显的塑性变形。此外，对双搭接接头试样还开展了不同载荷水平下的疲劳性能试验。结果表明：疲劳试样存在3种不同破坏模式。在高载荷水平下，试样会在切应力主导下发生基板与搭接板的完全脱焊；在低载荷水平下，试样会在正应力主导下发生基板沿厚度方向的断裂；在中等载荷水平下，试样先发生局部脱焊随后沿基板厚度方向断裂。 在上述失效模式分析的基础上，结合疲劳寿命试验数据分别得到接头的正应力 - 寿命和切应力 - 寿命曲线。     

某型直升机尾桨挥舞铰螺栓断裂故障分析

针对某型直升机尾桨挥舞铰螺栓断裂故障,在通过对该螺栓的损伤特征进行宏观检查、微观观察以及能谱分析确定为疲劳断裂后,对断裂原因进行了详细分析,并提出相应的解决措施。     

某型飞机主起落架固定螺栓应力腐蚀裂纹扩展寿命估算及解决方法

某型飞机主起落架固定螺栓是机翼上部框架与支柱外筒的主要连接件,据外场统计,从飞机使用至今该螺栓共断裂228件,断裂部位绝大多数在M33×1.5一端,螺纹根部至3扣之间。螺栓断裂时有的经过2 150个起落,而有的仅有几个起落。此问题的发生直接影响到飞机的飞行安全。本文应用应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳的理论,计算分析了螺栓断裂的原因,同时提出了解决该问题的方法。     

某发动机中心螺旋圆锥齿轮组件故障研究

本文对发动机附件传动中心螺旋圆锥齿轮联接螺栓的断裂故障,从振动、强度、工艺、材料多方面进行故障机理的研究,找出了故障发生的主要原因。文中对故障件进行模态分析,临界转速计算,强度和疲劳寿命的校核,得到了组件失效是由于齿轮干涉产生的激振力引起的疲劳断裂。     

某平衡螺栓故障分析

某平衡螺栓在试验中发生了断裂,为分析其断裂原因,本文计算了试验状态下平衡螺栓的位移、应力及低循环疲劳寿命,并补充分析了螺杆直径增大、伸出螺母的螺纹部分长度缩短情况下平衡螺栓的应力,结合化学成分分析和断口分析,找出了平衡螺栓断裂的原因,揭示了该平衡螺栓的设计缺陷。     

机翼下壁板螺栓连接件疲劳寿命分析

建立三维实体模型,设置面面接触,并施加螺栓载荷来模拟预紧力来模拟螺栓连接。计算得到某型飞机机翼下壁板螺栓连接试验件的应力云图,分析得出受力最严重部位。通过名义应力法计算该连接件的疲劳寿命。运用MATLAB拟合生成理论应力集中系数为3.720 2下的S-N曲面,从而计算出各级载荷下的疲劳寿命和损伤。根据M iner线性累积损伤准则计算出了连接件的疲劳寿命,与传统的板杆单元应力严重系数法的计算结果以及实验结果进行了对比,发现疲劳寿命计算结果吻合较好。     

不同装配方法对LY12CZ铝合金典型螺接件腐蚀疲劳性能的影响

 研究了LY12CZ 铝合金板材的3 种螺接型式、12 种防护处理,并经环境加速试验的典型螺接件的疲劳性能,提出了几种较适用的螺接结构细节防护方法。试验结果表明,环境严重降低螺接件的疲劳性能。采用适当的细节防护措施,可提高结构的抗环境损伤性能,疲劳性能一般有不同程度提高。其中,采用3 号船用润滑脂安装和底漆湿装配是比较有效的方法,与未经防护处理的试验件相比,其在试验环境中的疲劳寿命分别提高78.36 %和83.45 %,DFR 值分别提高15.09 %和15.88 %。     

某发动机中心螺旋圆锥齿轮组件故障研究

本文对发动机附件传动中心螺旋圆锥齿轮联接螺栓的断裂故障,从振动、强度、工艺、材料多方面进行故障机理的研究,找出了故障发生的主要原因和客观条件。对故障件进行模态分析,临界转速计算,强度和疲劳寿命的校核,得到了组件失效是由于齿轮干涉产生的激振力引起的疲劳断裂。     

运用DFR方法对军机起落架相关结构的寿命研究

针对起落架相关结构,通过收集整理国内若干型号的载荷谱数据,对载荷谱特点进行了分析,包括应力比特征、谱中高载特征及大载荷循环对应的损伤分析等,明确了DFR相关参数及等幅载荷的确定方法,建立了适用于起落架相关结构的DFR方法。进行了前起落架支撑结构模拟试件的DFR基准值测试与分析,采用DFR方法进行了疲劳分析,给出了其满足使用寿命的初步结论。首次对DFR分析方法进行了试验验证,提出了试验验证的技术途径,针对前起落架支撑结构,进行了典型模拟试件在随机谱下的成组疲劳试验,通过试验安全寿命的对比分析,对DFR疲劳分析结果进行验证表明,在设计阶段采用DFR方法进行疲劳分析是可靠的。