振动与疲劳

木文综述了随机振动环境所致疲劳损伤及破坏,即振动疲劳的概念、损伤模型、疲劳裂纹扩展及疲劳寿命估算公式,以及相应的振动疲劳试验方法。探讨了宽带随机振动环境下,振动疲劳的理论计算与试验方法。最后展望了振动疲劳在航天领域的应用前景。     

碳化硅纤维增强铝复合材料疲劳性能及疲劳破坏机理研究

介绍了SiC/Al复合材料单向板和正交板试样的拉—拉疲劳特性和疲劳破坏机理研究结果。研究结果表明,SiC/Al板试样拉—拉循环5×10~4次后,其剩余静拉伸强度系数超过0.87,随着循环应力水平的提高,材料的剩余静拉伸强度几乎没有变化,但声发射信号的起始峰值向应变增大方向移动;疲劳将导致复合材料表面产生温升,通过测量材料表面温度的变化,可以提前预告SiC/Al复合材料的疲劳破坏。     

管制工作中的疲劳问题

民航空中交通管制员担负着防止航空器相撞，保障空中交通畅通的使命。人为因素研究表明，造成飞行事故的三类主要原因为：人、机械故障和天气原因，其中人为因素所占比例高达80％。可见，人的因素已成为危及飞行安全的主要部分。总局空管局通过对2002年至2004年的32起空管不安全事件的分析，发现“班组配合不当”、“未实施有效监控”、“精力分配不当”“思想意识松懈”、“未监听机组复诵”、“教学带新失控”和“口误”等七项差错发生的概率占所有差错发生概率的66％左右，很显然，这些差错的背后都可能隐藏着疲劳这一诱因，只是表现得不那么直接、外露罢了。可以预见，疲劳会导致各种形式的工作效能下降，因而会给飞行安全带来潜在威胁。在特定的情况下，未加抑制的工作效能下降会导致事故或不安全事件发生。     

关于疲劳的简单介绍

一、疲劳的种类 疲劳是指人在连续值班时间过长或短时间内完成一连串特殊要求的任务过程中某一、某些器官或整个肌体精力的自然衰竭状态，例如：较长时间连续地看雷达引起眼睛疲劳，整日进行繁重的工作使得全身疲劳。工作速度减慢和工作质量下降则是疲劳的客观指标。从医学角度上说，疲劳分四种：     

船载雷达随机振动疲劳寿命分析

振动疲劳作为结构破坏失效形式之一，正日益得到重视。传统的船载雷达设备设计往往仅考虑静强度，从而导致结构抵抗疲劳破坏的能力不足。从模态分析的角度入手，利用模态叠加法进行随机振动分析，得到结构的各向应力功率谱密度。在此基础上进行基于Von Mises应力的谱分析，并分别从宽带和窄带过程的角度进行了疲劳寿命估算，最后对某船载雷达进行了随机振动疲劳分析。结果表明，船载雷达结构在满足静强度条件下，不一定能够满足抗疲劳性能要求。从模态振型分析的角度改进了结构设计，分析验证表明，改进后结构能够满足随机振动疲劳寿命要求。     

材料的疲劳失效及预防

为提高工业产品特别是航空航天产品的可靠性,必须从降低产品失效率着手。本文从产品零部件材料的疲劳寿命分析着手,探讨了材料疲劳破坏的机理、起因,提出了一些提高疲劳寿命的措施和解决办法。     

预应力复合材料压力容器的疲劳性能

本文介绍的预应力复合材料压力容器,内层为钛合金(Ti6 A14V)、外层为Kevlar—49缠绕的球形容器,是用来承受循环内压的空间压力容器。文中介绍了法德广播电视卫星TDFI/TVSAT計划所用的贮氦先进高压球形贮箱的疲劳性能数据,并讨论其金属衬层的疲劳性质和破坏形式。估計这种压力容器的剩余疲劳强度大约为8000次使用压力循环。     

星载电子设备元器件随机振动疲劳分析

星载电子设备通常要经历各种振动环境,在恶劣的随机振动环境中,设备中的元器件管脚及焊点容易出现疲劳问题。文章应用Miner疲劳损伤累积理论及三带宽技术,提出了一种实用有效的分析元器件管脚及焊点进行随机振动疲劳寿命的方法。     

锁渣器的疲劳设计

锁渣器是一台高循环疲劳容器,全幅度压力载荷循环次数达192000次。本文着重介绍“应力指数法”和“有限元法”对锁渣器接管进行疲劳分析设计的具体应用。对焊接接头结构设计及其制造检验要求,对人孔螺栓的疲劳设计亦做了介绍。     

疲劳寿命分布变异系数的统计推断

Birnbaum-Saunders疲劳寿命分布是可靠性分析中常用分布之一,而变异系数是一个应用较广的参数。研究疲劳寿命分布变异系数的统计推断问题,应用此分布参数估计的最新成果,给出了此分布变异系数的区间估计和假设检验方法;给出了两个疲劳寿命分布变异系数不等关系的假设检验方法。     

空中交通管制的疲劳管理和预防

根据美国FAA的统计数据，大约有21％的航空器事故与疲劳有关：根据英国安全报告系统（CHIRP）的数据显示，13％的运行差错直接与管制员的疲劳有关；根据厦门空管安全报告系统数据显示，有18％的工作失误与管制员的疲劳有关。随着我国航班基数的不断增加，因管制员疲劳引发的空中交通不安全事件的数量也越来越明显。民航总局空管局和各级空管部门已将疲劳的管理和预防作为一项长期研究的重要课题。     

金属构件疲劳微裂纹非线性超声检测

通过对固体非线性超声传播模型的研究,分析了裂纹静态压力与超声波作用力对裂纹超声非线性响应的影响,建立了反映裂纹区应力-应变非线性关系的弹性接触机制超声非线性响应模型以及反映裂纹闭合状态转换的碰撞接触机制超声非线性响应模型。通过实验研究发现,裂纹尖端区的二次谐波激发效率与裂纹的开口区和闭合区及裂纹最终扩展的极限长度有关。因此,可使用二次谐波激发效率作为定量表征金属试件疲劳微裂纹缺陷的特征参数,实验中使用了自主研制倍频双晶复合换能器,这种倍频双晶复合换能器在工程实际应用中更为方便、实用。     

摇摆软管低温疲劳试验关键技术研究

为有效考核液体火箭发动机的工作可靠性,需要通过地面试验验证摇摆软管低温疲劳特性。摇摆软管低温疲劳试验系统承担试验时涉及的摇摆环境模拟、低温压力环境模拟、轴压平衡等关键技术。摇摆驱动分系统利用水平放置的2个液压伺服油缸作为驱动单元驱动十字轴带动摇摆软管摆动,模拟摇摆软管的安装边界及摇摆工况。低温压力供应分系统向摇摆软管内腔输送一定压力的液氮,模拟摇摆软管低温以及内压环境。内压平衡子系统通过设置在摇摆软管内的轴压平衡装置平衡内腔压力产生的轴向载荷,避免在内腔压力作用下伸长。某型氧化剂摇摆软管低温疲劳试验结果表明:摇摆软管低温疲劳试验系统能够实现摇摆软管双向摇摆和单向摇摆等疲劳试验工况,试验环境和边界条件与摇摆软管实际工作状态基本一致,试验参数满足要求。     

关于疲劳裂纹扩展数学模型的参数寻优

本文通过引入工程设计中的优化方法，分别对室内空气环境下铝合金（ＬＹ１２－ＣＺ）材料疲劳裂纹扩展的数学模型，以及环境条件下（３．５％ＮａＣｌ水溶液浸泡）该材料腐蚀疲劳裂纹扩展的数学模型进行了探讨。在已知标准试样在不同的环境下疲劳裂纹扩展实验ｄａｄＮｉ，ΔＫｉ的条件下，采用优化方法进行参数寻优，可方便地得到与其对应的疲劳裂纹扩展的ｄａｄＮ～ΔＫ最优数学模型     

火箭发动机涡轮叶片疲劳寿命可靠性分析

由于生产加工和使用过程中材料属性、结构尺寸以及工作载荷等的随机性,疲劳寿命通常存在较大的分散性。考虑结构几何参数、材料属性、工作载荷等变量的随机性,采用Monte Carlo模拟法与响应面法相结合,对液体火箭发动机涡轮叶片进行概率疲劳寿命分析,确定了涡轮叶片疲劳寿命可靠度模型,并分析了疲劳寿命对各随机变量的敏感度,以及变量分散度对疲劳寿命的影响。结果表明:疲劳寿命呈偏态分布;涡轮入口温度对叶片疲劳寿命影响最大,材料的低周疲劳性能参数对寿命影响较大,转速及热膨胀系数对寿命有一定影响,而其他参数对寿命的影响小;控制变量分散度是提高叶片安全寿命的有效途径,对单变量而言,控制涡轮入口温度分散度效果最显著。     

随机振动疲劳试验的小裂纹扩展分析方法

针对某型液体火箭发动机管路接头的随机振动疲劳试验,基于断裂力学的小裂纹理论进行了裂纹扩展寿命分析.分别从小裂纹应力强度因子计算、疲劳应变/应力谱、裂纹扩展速率曲线以及裂纹扩展计算程序等方面进行了研究.使用FRANC3D(试用版)进行三维裂纹的有限元计算,得到了管路结构表面裂纹的应力强度因子变化规律;对应变实测数据进行了...     

管路焊接结构的随机振动疲劳损伤分析

航天飞行器管路结构在随机振动载荷作用下产生疲劳损伤,可能导致管路焊接结构的疲劳失效,影响飞行器正常飞行.为此,开展飞行器管路焊接结构的疲劳损伤分析研究.首先建立管路结构的有限元模型,并通过计算模态分析和试验模态分析验证模型的准确性;然后考虑材料疲劳特性的离散性,推导焊接材料的P-S-N曲线以及疲劳损伤的计算表达式;随后...