含销钉孔边裂纹的某压气机轮盘裂纹扩展分析

基于三维裂纹扩展分析软件FRANC3D V6.0,结合有限元软件,采用子模型技术建立断裂力学有限元模型.对带孔平板试样的裂纹扩展进行了数值模拟,分析了裂纹扩展规律,计算结果与手册解误差很小,结果表明了分析方法的可行性和准确性.建立了含销钉孔边裂纹的轮盘断裂力学有限元模型,对其进行了三维动态裂纹扩展分析,计算了应力强度因子和裂纹扩展寿命.结果表明:该分析方法简单可行,几种裂纹形式中销钉孔内表面裂纹对轮盘裂纹扩展寿命危害最大.      

表面裂纹疲劳扩展和寿命计算的高效高精度数值分析方法

基于弹性力学理论,建立了三维裂纹应力强度因子计算的混合边界元法基本理论和数值求解技术;针对表面裂纹疲劳扩展过程中,需要计算每个裂纹扩展步下的应力强度因子,从而需要重复计算大型非对称系数矩阵问题,提出了仅在初始裂纹状态下一次计算主控矩阵,对于随后的疲劳裂纹扩展,只需做非常小规模矩阵的计算,且以显式形式给出应力强度因子解而无需求解大型线性代数方程组的方法,大大提高了计算效率;针对疲劳裂纹扩展过程中,单元需要不断重新划分问题,由于混合边界元法中的主控矩阵与裂纹无关,故只需对裂纹表面单元进行重新划分,对半椭圆表面裂纹,由于将其映射到单位半圆上划分单元,而单位半圆上的单元在疲劳扩展过程中不变,从而通过映射关系自动重新划分裂纹表面单元。最后,通过若干算例和试验,考核了本文方法的精度和可靠性。本文的研究为工程结构表面裂纹疲劳扩展和寿命计算的高效高精度数值分析建立了理论基础和实现方法。     

粉末冶金涡轮盘裂纹扩展寿命分析

采用J积分方法建立了断裂力学有限元模型,对FGH95粉末高温合金标准紧凑拉伸(CT)试样的裂纹扩展试验结果进行了数值模拟,分析了材料的裂纹扩展规律。计算结果与试验结果吻合很好,表明了分析方法的准确性及可行性。将该方法加以拓展,建立了含有不同尺寸缺陷的粉末盘断裂力学有限元模型,并对其裂纹扩展寿命进行了评估。与传统预测方法相比,该方法将给出更为实际的结果,可应用于复杂构件裂纹扩展特性的工程分析。     

直升机典型结构裂纹扩展路径模拟及分析研究

目前对于直升机上结构裂纹扩展路径预测大部分是依靠经验判断,缺乏理论数值模拟及有效的分析方法。本文基于adaqus有限元软件并结合实践经验设置初始裂纹,选取典型直升机结构进行了裂纹扩展仿真模拟,对结构加载方式、腐蚀区域以及加强槽因素等对裂纹扩展的影响进行了相关探讨研究。文章所述方法和结论对于直升机结构的裂纹扩展路径预测及损伤容限设计提供了新的思路,对工程设计有一定的改进参考意义。     

裂纹扩展的无网格数值模拟方法

疲劳断裂是航空材料的重要失效形式 ,由于裂纹尖端应力存在奇异性 ,传统有限元方法模拟裂纹沿任意路径扩展存在很多不足。作为一种新兴的数值模拟方法 ,无网格计算只需将求解问题离散为独立的节点 ,计算过程中可以实时跟踪裂纹尖端区域进行局布细化。将连续的裂纹扩展过程看作多个线性增量 ,每一个增量内裂纹扩展角根据应力强度因子确定 ,通过在裂纹尖端细化节点和引入外部基函数提高了计算精度。本文给出了应用无网格方法模拟裂纹扩展过程的关键技术和计算流程 ,通过对带有中心斜裂纹的 Ti-6 Al-4 V合金平板进行分析 ,预测得到的裂纹扩展路径与实验值吻合的较好。     

基于增量-迭代算法的SABRE系统非线性分析流程设计

随着大型复杂装备结构分析的非线性问题日益突出,基于线性理论的有限元分析方法已难以满足复杂工程结构设计与研制需求,必须借助非线性有限元方法来获得结构的全状态力学性能。鉴于工程结构对非线性有限元分析的迫切需求,在新架构下的自主CAE软件SABRE系统中,基于增量-迭代算法研发了非线性有限元计算流程和相应的功能模块,初步实现了结构非线性分析功能。数值算例表明,研发的分析流程具有较高的精度,可进一步基于该流程进行功能的扩展和性能的提升。     

考虑小裂纹特性的裂纹扩展数值分析方法及实验验证

为了对工程断裂关键件进行全面的损伤容限分析,需要发展一种能够考虑小裂纹阶段的疲劳裂纹扩展数值分析方法。在Paris公式的基础上基于镍基粉末高温合金小裂纹扩展行为特点,提出了一种小裂纹加长裂纹阶段的裂纹扩展物理力学过程描述,并以此建立了裂纹扩展速率模型。同时考虑到工程应用,将该模型通过FRANC3D软件的用户子程序,与有限元方法结合,构建了一种可分析实际工程结构例如航空发动机涡轮盘上疲劳裂纹扩展的数值分析方法。针对带初始缺陷的FGH96合金标准试棒进行了裂纹扩展数值分析,并与开展的裂纹扩展寿命实验进行了对比。数值计算结果与实验结果吻合较好,表明该方法能够充分考虑小裂纹阶段的裂纹扩展行为特点,适用于分析工程结构疲劳裂纹扩展的全过程。     

涡轮盘榫槽的损伤力学研究

本文运用损伤力学方法对涡轮盘试件榫槽在蠕变和疲劳交互作用下的裂纹起始寿命与裂纹扩展寿命进行了分析研究。榫槽的非线性损伤累积模型是由修正的Ｃｈａｂｏｃｈｅ′ｓ低循环疲劳损伤模型和改进的Ｋａｃｈａｎｏｖ′ｓ蠕变损伤模型综合形成的。在此基础上建立了疲劳和蠕变交互作用下裂纹扩展计算模型。从理论分析计算与试验结果的一致性,说明所建模型的正确性。采用损伤有限元素法,以有限元网格尺寸模拟损伤裂纹长度。从试件榫槽的裂纹扩展计算分析中,提出裂纹起始方向和裂纹扩展方向判断准则,并通过计算检验了此准则的正确性。文中所建立的基本理论,计算方法及结果分析在工程实际中具有一定使用价值。     

含分层损伤复合材料层板压缩分层疲劳扩展研究

采用基于Mindlin一阶剪切理论的连续壳单元,建立了预测含分层损伤复合材料层板在压缩疲劳载荷作用下的分层扩展3D模型,分析了含穿透分层复合材料层板在压缩疲劳载荷作用下的分层扩展行为。利用累积损伤理论,对层板内出现的各种典型损伤进行相应的刚度折减,并在循环加载过程中对材料性能进行强度弱化。利用虚裂纹闭合技术(VCCT)计算分层前缘处的能量释放率,结合混合断裂判据判断分层是否扩展,进而得到压缩疲劳载荷作用下分层扩展规律。计算模型通过大型商用有限元软件和自编程序实现。通过对数值仿真结果和试验结果进行比较,验证了模型的合理性和准确性。     

梁壳组合结构的一种非线性有限元计算方法

提出了梁壳垂直组合结构在有限元计算中存在的问题,并以几何大变形问题为依托提供了解决该问题的计算原理和有限元方法。数值算例证明了该理论和方法的正确性。该法不仅适用于梁壳组合结构的大变形非线性计算,也适用于静动力小变形问题的线弹性分析计算。     

一种新的缺陷压电体奇异准协调单元及其断裂分析

在缺陷压电体断裂理论分析的基础上构造了一种新的缺陷压电体广义位移模式并建立了有限元断裂分析模型;提出了求解压电体含大曲率缺口广义强度因子等断裂参量的数值分析计算方法。考查了不同结构尺寸、电位移与电场对解的影响,本方法所得的结果与理论解一致,说明了本文方法的有效性。     

二维非结构网格上的高阶间断有限元方法研究

对二维非结构网格上的求解欧拉方程的高阶间断有限元方法进行了研究.运用间断有限元基本理论,采用多项式基函数对解进行近似描述,欧拉方程的数值通量项运用高斯积分公式和Roe格式求取,时间推进采用传统四步Runge-Kutta方法.运用发展的间断有限元方法对NACA0012翼型在亚跨音速情况下的无粘流动和圆柱的低速无粘流动进行了数值计算,结果表明:间断有限元方法具有良好的收敛特性、很小的数值耗散和很好的激波捕捉能力.     

纤维增强复合材料层合板分层扩展行为研究进展

纤维增强复合材料层合板在航空航天等领域被广泛应用,分层损伤是层合板主要的损伤形式,一直是复合材料力学研究的焦点问题之一。本文从试验研究、理论分析和数值模拟3个方面对国内外在纤维增强复合材料分层问题所取得的研究成果进行了系统综述,重点介绍了单向复合材料I型、Ⅱ型和I/Ⅱ复合型层间断裂韧性测试方法和原理以及多向层合板分层扩展行为的试验研究。得到了表征和评价分层失效机理和扩展行为的纤维桥接模型、静力分层扩展准则和疲劳分层模型,并详细阐述了采用内聚力模型（CZM）、虚拟裂纹闭合技术（VCCT）和扩展有限元方法（XFEM）等先进数值方法模拟分层扩展的研究现状。最后,对复合材料层合板分层扩展研究的发展方向进行了展望。     

带锪窝紧固件孔边三维多裂纹扩展的计算分析

多孔元件是飞机结构中常见的结构细节,起始于多个紧固件孔边的多条三维裂纹的疲劳扩展预测是结构多部位损伤寿命评定的重点问题和技术难点。建立一种高效实用的三维多裂纹扩展数值分析方法,能够对萌生于带锪窝孔边的多条三维裂纹实施疲劳裂纹扩展中的有限元快速建模和自动网格更新,进行三维多裂纹扩展全程自动数值模拟,并利用净截面屈服作为判定最终失效的准则。通过单锪窝孔双边非对称裂纹两种开裂模式情况下的算例计算分析,并与试验实测结果对比,验证了本文扩展分析方法的有效性。     

带孔搅拌摩擦焊接整体壁板的复合裂纹扩展路径研究

针对搅拌摩擦焊接板在飞机整体结构上的应用,建立了带孔搅拌摩擦焊接板的有限元数值计算模型,采用最大周向拉应力准则,分析了结构参数,如孔位置、焊接区宽度和厚度对裂纹扩展路径的影响:孔位置对裂纹扩展路径有很大影响,孔离焊接区越远,其影响越小;焊接区厚度对裂纹扩展路径影响也很大,而焊接区宽度对于裂纹扩展的影响相对较小;并把数值计算结果和试验结果相比较,结果吻合较好。为飞机带孔搅拌摩擦焊接整体壁板结构设计提供了一定的参考。     

航空发动机环形锻件成形制造过程有限元仿真

基于有限元数值方法建立了RAW200/160-5型径轴向轧环机轧制某航空发动机涡轮机匣环形锻件的三维仿真模型,对成形过程进行了虚拟轧制,计算结果与实际生产过程非常吻合,结果还显示了环件轧制实时扩展的过程.     

鼠笼式弹性支承的柔度计算及影响因素分析

鼠笼式弹性支承常用于现代航空发动机调整临界转速以实现振动抑制。针对理论公式在工程应用中预测柔度较小的 鼠笼式弹性支承的柔度时存在一定误差的问题，基于有限元法进行了鼠笼式弹性支承柔度数值计算。讨论了弹支数值仿真计算 边界条件的合理性，分析了笼条根部倒圆、非笼条鼓筒及工艺简化导致笼条截面形状改变等因素对鼠笼式弹性支承柔度的影响； 将非笼条局部增大刚度模型的仿真计算结果与理论公式计算结果进行了对比，以验证有限元数值计算的可靠性。结果表明：由 非笼条局部增大刚度模型得到的数值仿真计算结果与理论公式得到的理论解吻合很好；理论公式未考虑的非笼条鼓筒部分、笼 条根部倒圆等因素对柔度预测有一定的影响。采用有限元数值仿真方法进行弹支结构的柔度设计，可以克服理论解析方法无法 考虑倒角等结构细节特征影响的局限性，从而获得更逼近真实条件的鼠笼式弹性支撑结构设计方案。     

三维非平面裂纹扩展参数化模拟方法

发展一种基于有限元方法（FEM）的自动模拟三维非平面裂纹扩展的模拟方法。该方法采用参数化建模的方式建立裂纹体,以镶嵌裂纹体的方式在结构中插入裂纹,然后通过有限元计算得到裂纹扩展参量,自动更新裂纹体从而模拟裂纹的扩展过程。通过模拟三个裂纹扩展算例,计算了裂纹扩展循环数,对比试验结果,误差分别为195%、161%、21%。结果表明:该方法能够模拟三维非平面裂纹的扩展并计算扩展寿命,具有一定的精度和适用性。      

基于逐层理论的复合材料层合结构分层损伤扩展研究

首先,将虚拟裂纹闭合技术（VCCT）和离散损伤模型（DDZM）引入逐层理论（LWT）,建立了含分层损伤复合材料层合结构的三维分析模型,对分层损伤的渐进萌生和扩展行为进行了研究。然后,编写了相应的C++程序,通过与经典文献进行对比,验证本文方法的正确性。最后,基于本文模型模拟了二维和三维复合材料双悬臂梁（DCB）纯I型分层损伤的渐进扩展行为,研究了网格尺寸对数值收敛性的影响,以及界面强度对载荷位移曲线的影响规律。本文方法将三种理论优势融合起来,使逐层理论可用于解决复合材料分层损伤扩展的问题,并且很大程度上提高了计算效率。     

两种供操纵系统强度校核用载荷计算方法比较

传统计算和运用有限元计算是操纵系统现有的两种供强度校核用载荷计算方法,本文运用这两种方法对飞机操纵系统的典型段进行了计算,并比较了两种方法的具体计算结果,得出了相应的结论,扩展了计算供操纵系统强度校核用载荷的方法。