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。     

面向可靠性设计的发动机材料超高周疲劳强度估计方法

提出了一种面向可靠性设计的四参数随机疲劳极限模型,可针对小样本数据实现超高周疲劳（VHCF）应力-寿命（S-N）曲线处理。通过对航空用钛合金常规样本数超高周疲劳数据的拟合分析和对比验证了模型的准确性。同时,以某型航空发动机压气机叶片用TC17钛合金为研究对象,分别对室温（RT）和400 ℃小样本超高周疲劳数据进行了处理,得到了典型置信度和可靠度条件下的超高周疲劳强度估计值。结果表明：本文提出的四参数随机疲劳极限模型,能够通过少量的长寿命区试验数据获得材料超高周范围内发动机设计所需的疲劳强度估计值;相较于常用的升降法,基于本模型进行试验安排可大幅降低68%的试验量,为发动机材料的超高周疲劳强度评价提供方法支持。     

最大熵准则识别材料疲劳寿命分布

疲劳寿命具有很大的分散性,是工程结构设计中必须考虑的因素。为了降低主观不确定性的引入,得到更合理的疲劳寿命分布类型,提出一种用于识别疲劳寿命概率分布类型的一般计算方法。该方法首先根据疲劳试验样本信息确定疲劳寿命的前四阶统计矩;基于统计矩信息,利用最大熵准则确定疲劳寿命的概率分布类型。在基于最大熵准则识别疲劳寿命分布时,利用Lagrange乘子法求解最大熵分布。采用已有的航空铝合金2024-T351板件疲劳裂纹扩展试验数据验证所提计算方法的合理性和有效性。结果表明:所提方法能够高效地识别材料疲劳寿命分布类型,并且不局限于单峰标准分布类型。     

卫星动量轮的污染数据的Bayes参数估计

由于试验条件等的限制,在寿命试验中,所获得的数据可能是污染数据.这时,采用传统方法分离污染项并对产品的寿命进行估计非常困难.针对指数型寿命数据受正态污染的情况,建立定数截尾情况下的数据模型,并采用Bayes方法对模型进行统计分析;在验前分布确定方面提出运用Bootstrap方法确定超参数.实例分析表明,Bayes方法对有污染情况寿命数据的统计推断是有效的.     

确定高周应力疲劳S-N曲线的方法研究

基于三参数幂函数法处理高周疲劳S-N曲线,提出了一种在短寿命区采用低周疲劳试验数据、长寿命区采用高周疲劳试验数据联合确定材料高周疲劳S-N曲线的方法.联合处理方法的应用在有效利用低周疲劳数据、节约试验经费和缩短试验周期的同时,获得了理想的S-N曲线.用FGH95合金500℃单晶合金DD3[001]取向850℃的高、低周疲劳数据对该方法进行了验证,结果表明:联合处理方法不仅在长寿命区与单纯用高周疲劳数据处理得到的S-N曲线吻合很好,而且将S-N曲线延伸到中、低寿命区,有效地保证了S-N曲线的完整,联合处理方法可以用来确定材料的高周S-N曲线.     

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.      

一种确定低周应变疲劳应变-寿命曲线的方法

基于Manson-Coffin方程处理低周应变疲劳应变-寿命曲线,提出了一种在短寿命区用低周应变疲劳试验数据,长寿命区(5000周～50000周)用高周疲劳试验数据联合确定材料的高温低周应变疲劳应变-寿命曲线的方法.联合处理方法的应用将不再需要进行应变控制的长寿命小应变的疲劳试验,节约了试验经费,缩短了试验周期.用GH141合金760℃的低周应变疲劳和高周疲劳数据对该方法进行了验证,验证结果发现:联合处理方法和单纯的Manson-Coffin方程处理得到的应变-寿命曲线吻合很好.联合处理方法可以用来确定高温低周应变疲劳应变-寿命曲线.     

保载条件下FGH95材料的疲劳特性及寿命建模

针对FGH95粉末冶金材料进行了650℃时不同保载形式(拉伸保载、压缩保载和拉压保载)的疲劳试验, 分析了其变形特征和疲劳寿命分布特征以及保载对疲劳寿命的影响.并据此, 为改进保载条件下疲劳寿命的建模, 提出了迟滞环位置-形状修正因子的概念, 进而得到了一种修正的非弹性应变能~寿命方程.经对该材料疲劳试验寿命的建模和计算分析表明:该方法相比其他几种工程上经常采用的寿命预测方程, 较好地解决粉末冶金材料高温保载疲劳时的寿命建模问题, 且该方程对试验寿命预测的精度更高, 形式简单, 具有明显的物理意义.      

典型缺口件疲劳寿命分析方法

通过对典型缺口件疲劳寿命分析方法进行系统的回顾,按照疲劳缺口效应描述参数的不同将缺口件疲劳分析方法划分为3类:局部应力应变法、应力梯度法和临界域法.结合4种不同缺口几何下的LY12CZ铝合金缺口件的低周疲劳试验数据,对上述3类方法进行的验证对比可以发现:考虑了应力梯度和应力场分布的方法(如临界域法和应力梯度法)对缺口件疲劳寿命的预测结果与试验结果吻合较好而局部应力应变法预测精度较差,其中应力场强法还能够正确地预测疲劳破坏位置.      

考虑尺寸效应的缺口疲劳寿命预测方法

利用试样缺口根部归一化应力的分布规律,在考虑应力梯度的缺口疲劳寿命预测方法的基础上,着重考虑尺寸效应对缺口疲劳寿命的影响,构建了综合考虑平均应力、应力梯度和尺寸效应的缺口疲劳寿命预测方法.利用已有的TC4合金缺口疲劳试验数据对所发展的方法进行了验证,并与常用的几种局部应力应变法的寿命预测结果进行了对比分析.结果表明:所对比的几种局部应力应变法的寿命预测结果过于保守,而所发展的缺口疲劳寿命预测方法的预测结果几乎全在3倍分散带以内,且大多数预测结果在2倍分散带以内.      

多轴随机载荷下的疲劳寿命估算方法

提出了一种多轴随机载荷下的疲劳寿命预测方法.通过雨流计数法对各平面上的剪应变进行循环计数,以统计出的剪应变循环作为多轴疲劳损伤的主要控制参数,将各剪应变循环历程内对应的最大正应力和正应变变程作为多轴疲劳损伤的第二控制参数.根据多轴疲劳寿命模型计算出各平面上的损伤,以最大损伤平面作为多轴随机疲劳的临界平面,通过该临界平面上的损伤计算出多轴随机载荷下的疲劳寿命.采用SNCM630钢,304不锈钢和S45C钢3种金属材料的多轴随机疲劳试验数据对提出的寿命预测方法进行评估和验证.结果表明:疲劳寿命预测结果大都分布在试验结果的2倍分散带之内.     

飞机结构细节疲劳寿命的应力场强法探析

研究应力场强法在飞机结构抗疲劳设计中的应用;论述飞机结构的典型细节模型;提出了对应于细节模型的应力场强法的疲劳寿命分析方法和相应的疲劳模拟试验件的设计方法.据此对一个飞机结构危险部位作了疲劳寿命分析和试验验证.分析和试验结果表明:提出的方法是合理的.     

一种寿命设计曲线构建方法

针对现有建立寿命设计曲线方法的不足,采用容限法建立寿命设计曲线,对比并分析了各种方法的差异.对于大样本的疲劳试验数据,试验结果表明在不同应力水平材料寿命的分散性不同.为此在近似Owen容限法基础上提出了一种包含应力水平的分散性模型建立设计曲线,使其能够满足材料寿命在高应力分散性较小,低应力分散性较大的特点.根据Ti-6246疲劳试验结果,利用该方法计算得到的设计寿命在疲劳载荷为925MPa时提高了146%,在820MPa时减小了60.2%.从而提高了设计的经济性和可靠性.      

断口定量分析在直升机关键动部件疲劳试验分析中的应用

运用断口疲劳条带反推寿命的理论基础,采用断口定量分析方法,在断口上测量裂纹长度和裂纹扩展速率,建立二者之间的关系图.利用梯形法计算出裂纹的扩展寿命和萌生寿命,推断出A断口先于B断口萌生,证明了断口分析结论的正确性.此结论表明,断口定量分析方法可应用于疲劳试验首断件的判定.     

非对称循环载荷下镍基单晶合金低周疲劳寿命预测

在680℃温度下进行[001]、[011]和[111]三种取向的DD3单晶合金光滑试样非对称循环载荷低周疲劳试验,结果表明,晶体取向对DD3单晶合金的应变疲劳寿命有显著的影响,[001]取向寿命最长,[111]取向寿命最短.用晶体取向函数修正总应变范围可以在很大程度上消除晶体取向对疲劳寿命的影响.引人参量k表示载荷循环特性对疲劳寿命的影响,它与循环寿命之间呈幂函数关系.根据影响单晶叶片低周疲劳寿命的主要因素,提出循环塑性应变能的计算方法,构成塑性应变能的主要因素应包括总应变范围、取向函数和载荷循环特性等影响参量,它们与塑性应变能之间呈幂函数关系.用塑性应变能作为损伤参量导出单晶合金低周疲劳寿命预测模型,利用低周疲劳试验数据进行多元线性回归分析,所有试验数据均落在2.6倍偏差的分布带内.     

涡轮盘低循环疲劳寿命概率分析

大量试验证明疲劳寿命符合对数正态分布,并且对数寿命标准差随应变水平降低而增大;在此基础上,引入对数寿命的线性标准差及标准正态随机变量μ,将Mason-Coffin公式随机化,疲劳性能参数均表示为μ的函数,建立了基于试验数据统计分析的概率寿命模型.对GH4133材料疲劳试验数据进行线性异方差回归分析,得到了疲劳性能参数的随机表达式及概率密度曲线,各参数并不服从正态分布或对数正态分布.应用该模型对某涡轮盘进行了低循环疲劳寿命可靠性分析,获得了轮盘寿命分布,对应最大概率和可靠度0.9987的寿命均与轮盘的试验分析相吻合.     

DZ125光滑试样与小孔构件低循环/保载疲劳寿命建模

依据定向结晶合金DZ125光滑试样的低循环/保载疲劳试验寿命数据,提出一种预测定向结晶合金低循环/保载疲劳寿命的模型.此寿命模型可以同时考虑材料的晶向、平均应力、应变范围、应变比、最大应力对寿命的影响.接着研究DZ125合金光滑试样低循环/保载疲劳寿命与小孔构件低循环/保载疲劳寿命的关系,提出一种从光滑试样低循环/保载疲劳寿命数据预测小孔构件低循环/保载疲劳寿命的方法.应用本文提出的寿命模型,预测DZ125带小孔构件的低循环/保载疲劳寿命,并将预测寿命与小孔构件试验寿命对比,误差在2倍分散带左右.      

基于双峰对数正态分布模型的DED-TA15钛合金DFR值估计方法

有效评价增材制造金属材料的疲劳强度，是增材制造技术应用于可重复使用飞行器主承力结构的关键。以DED-TA15钛合金为研究对象，基于3种应力水平下标准圆棒试件的成组疲劳试验结果，建立了描述DED-TA15钛合金疲劳寿命分布的双峰对数正态分布模型，采用EM算法，建立了双峰对数正态分布的参数估计方法；采用Bootstrap方法给出了指定置信度和可靠度要求的疲劳寿命计算方法。在军机DFR方法的基础上，给出了适用于DED-TA15钛合金的DFR值计算方法。与传统单峰对数正态分布相比，双峰对数正态分布更精确的描述了疲劳寿命分布，提高了高可靠度和高置信度要求下的疲劳寿命，DFR值也有所提高。该方法降低了因描述模型不精确导致的对设计许用应力的过度限制，有效的提高DED-TA15钛合金的使用潜力。     

基于Weibull分布函数的等离子喷涂涂层接触疲劳寿命预测

Weibull分布是最常用的处理和分析疲劳寿命的统计方法之一,但在对涂层接触疲劳寿命的研究中,大多学者在未做多元统计分析的基础上建立Weibull分布模型,在一定程度上影响了模型的准确性。本工作采用超音速等离子喷涂技术在45钢基体表面制备NiCrBSi合金涂层,使用球盘式接触疲劳试验机,对涂层进行不同载荷条件下的抗接触疲劳实验,得到涂层的接触疲劳寿命。通过范-蒙特福特检验法验证涂层接触疲劳寿命。结果表明:接触疲劳寿命数据符合Weibull分布;建立的Weibull概率分布图可在实验数据较少的情况下,精确表征涂层的接触疲劳寿命;建立的接触疲劳特征寿命及其对数与载荷之间的指数回归模型以及接触疲劳特征寿命的对数与载荷之间的线性回归模型,可在一定范围内精确表征涂层的接触疲劳寿命。     

中长寿命轮盘应力寿命及可靠性分析方法

针对轮盘榫槽结构理论应力集中系数难确定、采用传统应力寿命法估寿误差大问题, 提出一种改进应力寿命预估法.改进方法包括:提出应力修正系数概念和一种适用于轮盘榫槽结构的理论应力集中系数确定方法, 以及应力比修正方法.一旦确定了试棒的应力修正系数, 改进应力寿命法可采用光滑棒试验数据预估复杂结构寿命, 并考虑应力集中影响.进而建立了基于改进应力寿命法的应力寿命可靠性分析方法, 并对某风扇盘进行了疲劳寿命可靠性分析, 计算概率寿命与试验寿命吻合良好.