转轴-轮盘-裂纹叶片耦合系统的叶尖振动特性

航空发动机叶片在极端恶劣环境中工作,容易产生裂纹进而缩短叶片寿命,严重影响航空发动机的安全运行。以转轴-轮盘-裂纹叶片耦合系统为研究对象,采用有限元、假设模态混合的建模策略,利用有限元模拟转轴,基于Kirchhoff板理论、Timoshenko梁理论模拟轮盘、旋转叶片,并根据时变的释放应变能确定呼吸裂纹导致的时变损失刚度,建立了相应的动力学模型;通过对比耦合系统的固有特性和振动响应验证了提出方法的正确性;剖析了重力载荷、转子不平衡力、气动载荷对叶尖振动特性的影响,并研究了不同无量纲裂纹深度和裂纹位置对叶尖振动特性的影响。研究结果表明：健康叶片中,重力载荷会导致叶片产生振动,转子不平衡力会导致叶片发生静变形;在旋转状态下,裂纹叶片导致叶尖弯曲位移产生偏移量;在气动载荷作用下,呼吸裂纹导致叶片发生非线性振动;常值分量与转频幅值比、常值分量与气动激励频率幅值比是评价呼吸裂纹的有效指标。本文的建模方法和分析结论可为航空发动机叶片裂纹故障诊断提供了一定的理论依据。     

随机载荷作用下元件断裂可靠性的裂纹长度模型

研究了随机载荷条件下元件断裂可靠性计算的方法,给出了一般和特殊条件下元件断裂可靠性的计算方法,并采用Monte Carlo法模拟裂纹在随机载荷作用下的随机扩展.通过对模拟计算结果的统计分析得出任意给定时刻疲劳裂纹尺寸的分布,以及临界裂纹尺寸的分布,并提出用修改了的裂纹长度模型计算裂纹在随机扩展中的瞬时可靠度和过程可靠度.     

弯曲载荷下薄壁结构疲劳裂纹扩展性能

对某飞机座舱盖侧型材与锁环连接部位的疲劳裂纹扩展性能进行了研究。该结构区别于常见薄壁结构的特征是承受较大的弯曲载荷,使得利用薄板I型裂纹扩展的常用方法进行寿命分析会产生较大的误差。为了研究弯曲载荷下薄壁结构的疲劳裂纹扩展性能,开展了带孔板和侧型材结构模拟件的疲劳裂纹扩展试验。通过有限元仿真分析,研究了弯曲载荷对裂尖应力强度因子的影响,提出了一种当量应力强度因子变程公式;对本文所涉及的2种类型受弯曲载荷作用的试件,裂纹扩展寿命预测结果与试验吻合较好。研究表明,在相同的名义应力和裂纹长度下,薄板受弯时裂纹应力强度因子、裂纹扩展速率远低于受拉的情况;结构受到弯曲载荷时,锁环对连接部位的应力有显著的抑制作用,可以减缓疲劳裂纹的扩展;此外,合理的结构设计能够增加关键部位受弯时的疲劳裂纹扩展寿命。     

超声振动载荷下合金的疲劳裂纹扩展性能研究

本文应用超声共振试验技术研究了4种工程常用合金(Astroloy, 17-4PH, Ti-6Al-4V, Al-Li8090)在超声振动载荷(f=20kHz, R=-1)下的疲劳裂纹扩展性能, 并与常规疲劳载荷(f≤50Hz, R=0.7)下材料的有关性能做了对比分析。对超声疲劳载荷下材料损伤及裂纹扩展机理的特点做了研究, 给出了这种特定载荷形式下应力强度因子的计算方法。研究结果表明, 超声疲劳载荷下各种合金的裂纹扩展性能与常规疲劳试验中确定的有效应力强度因子△Keff类同。      

火焰筒掺混孔边裂纹萌生和扩展机理研究

利用有限元法，结合瞬态传热过程研究了火焰筒掺混孔内孔边裂纹形成和扩展机理，应用应变疲劳理论和裂纹扩展分析方法对裂纹萌生时间和扩展能力进行分析。由于火焰筒在热循环载荷作用下各处升温速度不一致．引起结构上的相互约束，使掺混孔边产生循环塑性变形导致疲劳裂纹萌生；裂纹萌生后会继续扩展，但这种扩展能力有限；孔边冷却区域大小会对裂纹扩展能力产生较大影响。     

随机谱中小幅载荷对裂纹扩展寿命的影响

采用7050-T7451铝合金标准中心裂纹拉伸试样进行随机谱载荷下的疲劳裂纹扩展试验,研究在不同低载截除水平、不同裂纹参考长度下,裂纹扩展寿命及其分散性的变化。采用F检验法,对不同载荷谱下的裂纹扩展寿命的方差及相同载荷谱,不同裂纹长度的寿命的方差进行检验。分析表明,第一级和第二级截除水平下的裂纹扩展寿命的分散性没有显著差别,当载荷截除水平提高到最大幅值载荷的21％时,寿命分散性显著变大;相同载荷谱下,不同裂纹长度对应的扩展寿命的分散性没有显著差别。试验结果也表明,本文所考察的3个水平的小幅值载荷对裂纹扩展寿命的均值有显著影响;因此,在损伤容限和可靠性分析中,这些小幅值载荷是不可忽略的。     

飞机薄壁结构面外载荷下三维疲劳裂纹扩展仿真分析

飞机结构中部分薄壁结构在服役中不可避免地承受面外弯曲载荷,这对飞机的安全性有显著影响。采用FRANC3D和ABAQUS联合仿真的方法,对薄板受弯曲载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为开展研究,分析边界约束强度和初始裂纹形状对此类疲劳裂纹扩展模拟的影响,并评估仿真方法的适用性。结果表明：模拟中施加较弱的边界约束,会使计算的应力强度因子增大;相比于初始非孔边的表面裂纹,初始孔边角裂纹在裂纹扩展初期扩展速率更高;现有的FRANC3D和ABAQUS联合仿真的方法在模拟面外弯曲载荷下薄板孔边裂纹扩展时,存在受压面裂纹无法扩展的问题。     

裂纹对叶片固有频率影响的分析

给出了一种两条横向裂纹对叶片弯曲固有频率影响效果的分析方法。考虑的两种裂纹为周期载荷作用下产生的双面裂纹和脉冲载荷作用下产生的单面裂纹。分析中假设裂纹为沿叶宽等深度扩展的开口裂纹，同时将叶片看成无扭曲的短形等截面悬臂梁。结果表明，单纯选用固有频率识别裂纹参数，会过低估计裂纹严重程度；在可考察的裂纹深度范围内，单面和双面裂纹对固有频率的影响效果不显著。     

V2500发动机反推疲劳裂纹扩展及止裂分析

对V2500发动机反推的一处典型裂纹损伤进行有限元仿真分析,获得各种疲劳载荷形态和载荷循环下的裂纹扩展规律,进而对该裂纹的止裂孔特性进行分析。     

改进的载荷循环分间隔法计算工程中MSD裂纹疲劳扩展问题

 由多部位损伤(MSD)裂纹的扩展特性,归纳总结出裂纹扩展过程中两类影响裂纹扩展速度的因素,给出在循环载荷作用下基于Pairs公式的裂纹扩展增量的递推公式。根据这一递推式,推导出数个循环载荷作用下裂纹扩展长度的近似算法。〖JP2〗同时,采用了变间隔分段处理方法。在评估了传统的载荷循环分间隔法的前提下,讨论了该方法的实现方式和所具有的优点。结合这两类改进方法,对一排共线孔有限宽薄板受远场均匀载荷作用的试样进行了计算分析,并与试验值和传统的载荷循环分间隔法的计算值做了比较。可以看出,对于普通的载荷循环分间隔处理方法,本文所提的改进方法能极大地提高结构件疲劳寿命的估算精度。对长寿命、大规模的MSD结构件使用此方法,能够在显著减小其计算规模的同时,得到一个较为精确的保守解。     

分布式虚拟靶试系统中负载平衡机制设计与实现

针对大规模分布式交互仿真系统的开发需求,基于MAK／RTI深入研究了分布式仿真系统的负载平衡技术,并在分布式虚拟靶试系统中得到应用与验证。     

飞机V型外倾双垂尾载荷校准技术

根据垂尾载荷校准及建模需求,对飞机V型外倾双垂尾结构受载情况进行了分析和简化,确定了校准试验载荷,研制了垂尾载荷校准试验专用龙门梁架。采用液压协调加载技术,完成了外倾双垂尾载荷校准试验,建立了满足测载要求的载荷模型。此种方法充分利用了左右垂尾外倾、双垂尾之间空间较大的特点,对左右垂尾对称施加向外的单点、多点载荷,加载载荷侧向分量左右自平衡,垂向分量依靠飞机自身重量即可平衡,飞机不需要复杂的固定与约束。试验中采用先搭建龙门框架,再停放飞机的方法,降低了试验风险、加快了试验进度,取得了良好的试验结果,对其他此类结构的载荷校准具有一定的借鉴作用。     

不同载荷下螺栓法兰连接结构非线性刚度影响因素

为研究各影响因素对螺栓法兰连接结构非线性刚度的影响规律,建立了带升角螺纹连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,并验证了模型的有效性,分别进行了拉伸、弯曲、扭转载荷下仿真分析。结果表明:螺栓初始预紧力越大,连接结构抗弯、抗扭刚度越大,初始预紧力对抗拉刚度没有影响,拉伸载荷下初始预紧力提高了两法兰分离的临界阻力,弯曲载荷下,初始预紧力越大,触发两法兰出现开口状态的外部弯曲力矩值越大,各螺栓越不容易承担外力,两法兰开口前,初始预紧力对连接结构抗弯刚度影响较小,开口后影响较大;螺栓直径越大、个数越多,连接结构抗拉、抗弯、抗扭刚度越大;螺栓位置越靠近法兰筒,连接结构抗拉刚度越大,分别存在一个最优螺栓位置值,使得连接结构抗弯和抗扭刚度最大;结合面间摩擦因数对连接结构抗拉、抗弯刚度没有影响,结合面间摩擦因数越大,连接结构抗扭刚度越大,其中法兰-法兰结合面间摩擦因数对刚度曲线第一段内抗扭刚度影响较大,螺栓-法兰结合面间摩擦因数对第二段内影响较大。      

军用飞机飞行载荷计算方法研究

以《军用飞机强度和刚度规范—总则》(GJB67.1-85)为标准,以《军用飞机强度和刚度规范—飞行载荷》(GJB67.2-85)、《军用飞机强度和刚度规范—其它载荷》(GJB67.3-85)为指南,结合型号研制,提出一套军用飞机飞行载荷计算方法,并开发了“军用飞机飞行载荷计算分析软件”,该方法及软件在型号研制中得到应用。     

飞机非线性飞行载荷计算方法研究

 以贯彻《军用飞机强度和刚度规范》为目标,提出了一整套使用风洞实验非线性气动力数据进行飞机飞行载荷计算的方法,成功地研制了带有载荷数据库的计算分析软件。该软件已成功地运用于 F××飞机的飞行载荷计算。     

飞行试验抖振载荷统计技术

随着现代飞机使用要求的不断提高,飞机抖振问题越发突出.在借鉴F/A-18和F/A-22等飞机抖振载荷试飞的基础上,分析、归纳了抖振载荷试飞方法和测量方法,并利用功率谱密度法、统计学方法对某型运输机抖振载荷数据进行了分析研究.结果表明,这些方法在飞机抖振载荷研究方面具有较好的应用价值.     

柔性飞机的非线性飞行载荷计算研究

以某歼击机为例,按《军用飞机强度和刚度规范》要求,重点介绍了考虑飞机结构柔性和非线性气动力特性、气动载荷分布的飞行载荷计算方法和计算结果,并对柔性飞机的非线性气动力特性和气动载荷分布对飞行载荷计算状态和严重载荷设计情况选取的影响进行了对比和分析,确定了飞机严重载荷设计情况和设计载荷,从而得出一些具有实际工程参考价值的结论。分析表明,所提出的飞行载荷计算方法合理有效,计算结果合理可信。     

平飞时飞机机动载荷控制系统的分析和设计

在基本飞机构型的条件下,给出机翼载荷控制的目的、方法和效能计算,研究了机动载荷控制系统的设计。通过对某型大展弦比飞机的设计和仿真,表明了控制系统对机翼载荷控制的有效性。     

典型起落架的通用载荷谱分析及传载计算

为了对典型结构前起落架的一般受载、传载等情况进行研究,首先按照飞机地面操纵的不同阶段,分析起落架相应的多种工况,给出起落架载荷谱的分解模型及计算方法;然后建立通用前起落架的力学模型和载荷传递的数学模型,根据载荷谱上选取的受载严酷的工况点并结合一组具体可行的飞机参数,通过解析方法求解前起落架传力模型的节点载荷;最后通过载荷谱与传载数学模型相结合的方法,求解出起落架主承载点的极限载荷,该极限载荷可作为后期疲劳寿命评估的数据基础。本文的研究方法可为起落架的载荷谱求解、起落架承载性能分析等提供理论依据。     

基于P2P的一种负载饱和避免技术研究

在点对点体系结构的分布式虚拟环境系统中,由于客户机节点的计算能力和带宽的异构性,以及发生在客户机程序之间交互信息量的不同,会导致一些客户机出现负载饱和。一台客户机的负载饱和不仅影响本机程序的运行,也会对周围其他的客户机的运行产生影响,这限制了分布式虚拟环境系统的性能。研究提出了一种在点对点体系结构的分布式虚拟环境系统中避免客户机负载饱和的技术,试验结果显示了所提出的方法有效地改进了系统的性能。