疲劳寿命分散系数的确定与应用研究

疲劳寿命分散系数是评估飞机结构疲劳寿命与航空发动机轮盘寿命试验的重要技术参数之一。阐述了国内外疲劳寿命分散系数研究的成果,针对工程中实际寿命分布问题中最常见的对数正态分布和威布尔分布的形式,给出了基于试验样本最差、中值、最好及第k试验寿命的分散系数表达式;重点分析总结对数正态分布标准差和威布尔分布中形状参数的选取,同应力多危险部位分散系数研究及其随应力的变化规律;通过2个例子分析了疲劳分散系数在轮盘低循环疲劳寿命工程计算中的应用,认为疲劳寿命分散系数应在不同温度和应变比,对数正态分布标准差,同应力多危险部位,3参数的威布尔分布,工程化应用等方面开展进一步研究。     

疲劳分散系数随应力的变化规律

 从《航空金属材料疲劳性能手册》中取出267个铝合金试件和139个钢合金试件的疲劳试验数据,研究了疲劳分散系数随疲劳试验应力的变化规律,即在一定应力范围内,疲劳分散系数随着应力的减小而增加。由此变化规律,绘制出它们的变化规律曲线。     

航空发动机加速任务与等效应力试验方法研究

对于长寿命发动机,传统的航空发动机耐久性试验方法存在经济性差、试验周期长的问题。鉴于此,提出一种适用于较高温度裕度的航空发动机整机耐久性试车方法,阐述了编制试车谱的具体流程,说明了使用任务载荷谱和预测任务载荷谱的差异,给出了编制试车谱所必须的任务剖面、任务混频、环境混频等的具体算法,列出了编制试车谱所必须考虑的各种要素,并利用Norris-Landzberg模型确定了航空发动机等效应力加速系数。     

使用载荷下的重谱能降低寿命不能降低疲劳分散系数

本文在研究试验应力与疲劳分散系数分布规律的基础上,进一步研究给出:在使用载荷下高损伤的重谱可降低寿命,但不能降低疲劳分散系数的结论.这一研究结论与我国2010年新颁布的飞机结构强度规范规定的重谱可比平均谱取低一半的疲劳分散系数(从4降到2)相悖.为了验证这一研究结论的正确性,本文找到了在使用载荷下的重谱和平均谱的5种不同材料、不同结构模拟件的试验数据,用这些试验数据验证了本研究结论的正确性.     

小子样疲劳寿命分散系数置信区间随应力的变化规律研究

针对疲劳寿命样本小子样统计分析问题,采用Bootstrap方法模拟母体标准差的抽样分布,并结合纠偏的百分位法估算母体标准差的置信区间,着重估计了疲劳分散系数的置信区间。首先利用Bootstrap方法在参数区间估计方面的优越性能,对已知疲劳寿命母体分布的模拟试验数据进行了疲劳分散系数置信区间的估计,通过与真值的对照分析,验证了结合纠偏百分位思想的Bootstrap方法进行疲劳分散系数区间估计的可信性。然后利用此方法对航空材料的140个钢合金试件和295个铝合金试件的真实疲劳寿命试验数据进行了疲劳寿命分散系数的区间估计,并研究了疲劳分散系数置信区间随疲劳试验应力的变化规律,为在工程实际中分析疲劳寿命试验数据提供了参考方法。     

基于固定任务混频的寿命相关载荷分布特性

为了对航空发动机结构件使用可靠性进行分析,需要对基于固定任务混频的寿命相关载荷的分布特性进行研究.采用数理统计的方法根据独立同分布中心极限定理对飞行载荷的累计过程进行了研究,推导了载荷累积函数的分布,从理论上证明了基于固定任务混频的寿命相关累积载荷,随着飞行剖面的累加而趋于正态分布.给出了基于固定任务混频的寿命相关载荷的分布特性算法,采用数学试验的方法用4个算例对基于固定任务混频的飞行过程进行了模拟,从而对理论分析的结果进行了验证.分析表明载荷累积函数的变异系数随累积飞行剖面数增加而下降.      

基于最差件等寿命曲线的桨轴高低周复合疲劳寿命分析

以Goodman曲线为基础,构造了考虑应力集中系数和疲劳极限强度分散系数影响的最差件等寿命曲线,然后基于最差件等寿命曲线建立了桨轴高低周复合疲劳寿命分析方法,用于预测桨轴的安全寿命,并给出了预测方法的适用范围为低周103～105次循环。采用此方法对两种载荷下的某型航空发动机桨轴进行了高低周复合疲劳寿命预测,并与试验结果进行了对比。结果表明:基于最差件等寿命曲线的桨轴高低周复合疲劳寿命分析方法成功预测一组安全寿命低于低周1 000次循环的载荷,且另一组载荷预测结果也与试验结果相吻合,预测方法是可行的。      

寿命系数定寿的原理和方法

通过对疲劳载荷谱损伤值的研究,发现金属材料的疲劳寿命与疲劳试验载荷谱损伤值成线性关系,即金属材料的疲劳寿命随疲劳试验载荷谱的轻重成线性关系。由此规律推导出寿命系数,通过寿命系数可以降低全尺构件的疲劳试验时间。根据已有的疲劳试验数据研究的寿命系数值显示,在平均谱(疲劳损伤值为50%)基础上加重至58.33%损伤谱可降低全尺寸疲劳试验时间11%,75%损伤谱可降低36%,91.5%损伤谱可降低51%。由此得出:为了减少全尺疲劳试验时间,可以用加重载荷谱进行全尺寸疲劳试验,获得重谱下的寿命,再利用样件的寿命系数将其还原到平均谱下的平均寿命,然后用规范规定的疲劳分散系数除以平均寿命,给出使用寿命。这样既实现了减少疲劳试验时间的目的,又不违背规范规定的疲劳分散数值,使飞机定寿既经济又可靠。     

航空发动机加速任务试车标准研究

对国军标《航空发动机加速模拟试车要求》中任务剖面和任务混频、环境混频、加速试车循环、加速试车谱推导原则、高周疲劳试车谱、加速系数、加速试车谱的验证和修改等标准条款进行研究,以期对国军标《航空发动机加速模拟试车要求》的正确使用以及促进我国航空发动机加速任务试车的科研实践提供参考借鉴。     

结构和载荷谱分散性分离的疲劳寿命可靠性

机群疲劳寿命的分散包含了结构和载荷谱的分散性,为进行安全寿命的精细分析,将结构和载荷谱的分散性进行了分离。假定指定载荷谱下的疲劳寿命和指定结构下载荷谱分散均用对数正态分布描述,按条件概率模型推导得到了将载荷谱和结构分散性综合后的机群结构疲劳寿命的精确分布,其数学期望与指定结构下考虑载荷谱分散的数学期望相同,方差为载荷谱和结构分散的方差和。从而可以采用反映载荷严重使用情况的载荷谱和仅考虑结构分散性的小分散系数确定结构的安全寿命,并讨论了给定的可靠度指标下,严重谱的严重程度要求以及给定的严重谱下的结构寿命可靠度。     

航空发动机综合飞行换算率的确定

为实现国内某型现役军用航空发动机寿命控制与管理，基于实测飞行剖面和任务混频，研究建立了军用航空发动机综合飞行换算率的确定算法和计算流程。考虑温度对材料强度的影响，将应力剖面向同一温度折算，综合应用雨流计数方法、古德曼方法和线性累积损伤方法，加权计算得到了国内某型现役军用航空发动机同时适用于压气机部件和涡轮部件的飞行任务换算率；基于工厂交付试车、部队地面试车、最坏发动机系数和削顶因子等因素，对飞行任务换算率进行修正，计算得到了国内某型现役军用航空发动机综合飞行换算率。工程应用表明，计算得到的综合飞行换算率准确合理，工程适用。     

从疲劳试验寿命到结构安全寿命

1.可靠度与寿命分布分散系数 先考虑固定试验条件下的寿命分散,将疲劳寿命T这一随机变量的概率分布函数记为F(t),其密度函数为f(t),那么在某个时刻t_R,结构可靠度(即存活概率)R为     

Weibull分布定时无失效数据寿命分散系数

提出一种Weibull分布定时无失效数据疲劳寿命分散系数修正方法,定义了定时无失效数据情形下分散系数的修正系数,推导了其计算公式.定时无失效数据与完全数据截然不同,因此其疲劳寿命分散系数明显不同,从疲劳分散系数的定义出发,分别对定时无失效数据情形下基于平均寿命、特征寿命、中位值寿命、最小寿命及最大寿命的两参数Weibull分布疲劳寿命分散系数进行了修正.最后对完全数据与定时无失效数据条件下分散系数计算数值进行了对比分析,结果表明分散系数的修正充分利用了产品的寿命信息,提高了产品安全寿命的预测精度,且修正系数易于计算,便于工程应用.      

服从威布尔分布的小子样疲劳寿命分散系数及其应用

威布尔分布是一种具有良好拟合特性的疲劳寿命分布模型。本文假设小子样疲劳试验寿命服从双参数威布尔分布．基于顺序统计量理论，给出了对应于最小和最大寿命的分散系数计算公式。作为应用算例，采用本文计算公式评估了某风扇轮盘的安全寿命。结果表明：应用本文计算公式得到的分散系数与文献[2]吻合良好，分散系数对形状参数的变化比较敏感：由本文疲劳寿命分散系数计算公式得到的安全寿命偏保守。     

Birnbaum-Saunders分布的寿命分散系数

研究了基于Birnbaum-Saunders(B-S)分布的可靠疲劳寿命分析及评估方法,建立了基于中位值和平均值的B-S分布寿命分散系数确定方法.并针对特殊试验数据情形,建立了基于最大和最小顺序统计量的B-S分布寿命分散系数确定方法.公式表明:随着B-S分布尺度参数的增大,其中位寿命分散系数与平均寿命分散系数递减,而最大与最小寿命分散系数不变.案例计算结果表明,B-S分布的寿命分散系数通常小于对数正态分布的寿命分散系数.      

人工智能技术在航空发动机孔探检测中的应用进展

孔探是当前航空发动机检修过程中应用最多的无损检测方法,也是孔探图像的唯一获取途径。近年来,深度学习等人工智能方法开始被应用到航空发动机损伤分类、检测中,为实现航空发动机检修智能化提出了一些现行有效的方法,具有重要的工业应用价值。本文概述了航空发动机孔探检测的发展和优缺点,综述了专家系统和机器学习人工智能方法在发动机孔探图像方面的应用进展,总结了基于孔探图像实现航空发动机孔探检测智能化面临的一些挑战。     

基于实测数据的疲劳寿命分散系数取值研究

随着基准谱、严重谱编制研究的深入,利用实测数据编制载荷谱在编谱方法和分散系数取值等方面需 求愈发迫切。从正态概率分布理论出发,讨论影响疲劳寿命分散系数取值的主要因素;针对基准谱和严重谱之 间的差异性,提出基准谱和严重谱的折算思路和方法,并通过实测数据编制的基准谱和严重谱折算系数进行比 较分析。结果表明：采用本文方法可以实现基准谱与严重谱之间损伤分散系数的折算取值。     

航空发动机转子叶片的声振疲劳特性试验

由于振动载荷、声载荷等会造成航空发动机转子叶片的高周疲劳失效,通过试验研究了发动机转子叶片的声振疲劳特性.首先研究了叶根边界条件对发动机转子叶片声响应特性的影响,对3组叶片施加不同的顶紧力,由低到高施加声载荷,试验得到不同叶根边界条件下叶片的声响应与声载荷的关系,并且得出叶根边界条件对转子叶片声响应大小有影响的结论.随后研究了叶片的声振疲劳特性,得出以下结论:声载荷作用下,叶片确实可以发生破坏.在两种不同的激励方式（随机振动激励与正弦振动激励）作用下叶片的频率下降略有不同,并且在动应力水平相同的条件下,发动机转子叶片在正弦振动激励下的寿命远大于其在随机振动激励下的寿命.