民用航空发动机TA19电子束焊疲劳试验

针对民用航空发动机钛合金整体叶盘常用材料TA19开展其母材试件与电子束焊焊接试件在20,300,450℃的疲劳试验,通过焊接试件的焊缝材料断口与母材断口形貌的比较探讨了焊缝材料的疲劳破坏机理,并在104~106循环的疲劳寿命区间内采用Basquin模型分别建立了焊缝材料和母材的应力-疲劳寿命(S-N)曲线,结果显示母材试件与焊接试件的试验疲劳寿命大部分都落在了对应模型计算疲劳寿命的2倍线之内,表明试验得到的S-N曲线是合理的.焊接试件与母材试件的S-N曲线的对比分析表明,20℃时焊接试件的疲劳性能比母材试件略高,而在300℃和450℃时焊接试件与母材试件的疲劳性能差异随应力水平发生变化.但总地说来,在所关注疲劳寿命区间内,母材试件与焊接试件的计算疲劳寿命差异也在2倍线以内,初步表明两者的疲劳性能相当.      

变幅载荷下改善焊接接头疲劳性能的超声冲击与TIG熔修方法之比较

 在恒幅和变幅两种加载条件下,对16Mn 钢原始焊态和经过超声冲击及TIG熔修处理的焊接接头进行了对比疲劳试验。结果表明: (1) 在恒幅载荷作用下,TIG熔修试件与焊态试件相比,疲劳强度提高37 %左右,疲劳寿命延长2.5 倍;而在变幅载荷作用下, TIG熔修试件与焊态试件相比,疲劳强度提高34 %左右,疲劳寿命延长1.7～1.9 倍。(2) 在恒幅载荷作用下,超声冲击处理试件与焊态试件相比,疲劳强度提高84 %左右,疲劳寿命延长3.5～27 倍;而在变幅载荷作用下,超声冲击处理试件与焊态试件相比,疲劳强度提高80 %左右,疲劳寿命延长2.5～17 倍。(3) 在低中应力水平、中长寿命区域内,无论是在恒幅载荷作用下还是在变幅载荷作用下,使用超声冲击法提高焊接接头疲劳强度较TIG熔修法的效果更好。     

表面强化对薄壁空心结构疲劳性能影响研究

制备了具有真实零部件几何特征的试验件,采用干喷丸、湿喷丸方法完成薄壁空心试验件表面强化并开展振动疲劳对比试验。试验结果表明:未采用表面强化处理的试件疲劳寿命最短;干喷强化试件寿命居中,且相同试验条件下干喷强化试件寿命是前者的10.4倍;湿喷丸试件寿命最长,是相同条件下干喷强化试件寿命的3.3倍以上。该研究成果对优化薄壁空心结构表面强化工艺及参数具有重要意义。     

基于图像的腐蚀损伤及疲劳寿命研究

在实验室环境下,对航空LY12CZ铝合金试件进行了腐蚀试验,然后采用图像处理的方法,提取了孔蚀率、点蚀坑分形维数、点蚀坑半径3种腐蚀形貌特征值,通过灰色预测方法对腐蚀形貌特征值与腐蚀损伤之间的关系进行了研究,得到了基于形貌特征值的GM(1,3)腐蚀损伤预测模型。在此基础上,利用AFGROW软件建立了断裂力学模型,对不同腐蚀形貌特征条件下LY12CZ试件的疲劳寿命进行了计算与讨论。结果表明,试件的疲劳寿命与其表面腐蚀形貌密切相关,3种腐蚀形貌特征值均与试件的疲劳寿命负相关。此外,基于腐蚀形貌特征值计算得到的疲劳寿命值与利用实测点蚀坑深度计算得到的疲劳寿命值吻合较好,平均相对误差为8.84%。     

超声振动载荷下合金的疲劳寿命性能研究

 应用超声共振试验技术研究了三种工程常用合金(Ｕｄｉｍｅｔ５００,１７４ＰＨ和Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ)在超声振动载荷(ｆ＝２０ｋＨｚ,Ｒ＝－１)下的疲劳寿命性能,并与常规疲劳载荷(ｆ＝２０－５０Ｈｚ,Ｒ＝－１)下材料的有关性能做了对比分析。研究结果表明,材料的超声疲劳寿命性能与其动态振动特性、机械响应以及载荷体制有关。     

低周疲劳寿命的试验研究

用GH33A钢制成圆柱形棒、鼓形平板和带中心孔平板3种试件进行拉-拉低循环试验。试验测定的疲劳寿命与采用局部应力-应变法预测的寿命结果符合较好。随着应力集中系数的增加,试验寿命与预测寿命之比有所增大。实验中,一次超载造成较大的寿命降低。由于较厚板缺口处存在双向应力-应变状态,较厚试件的疲劳寿命比较薄平板的寿命长。     

制孔工艺对开孔试件疲劳寿命影响的定量分析

为了研究开孔试件的制孔工艺对结构疲劳寿命的影响,对采用winslow制孔工艺和传统制孔工艺的铝合金试验件分别进行疲劳试验。结果表明:Winslow制孔工艺下试件疲劳性能明显增强,平均疲劳寿命是传统制孔件的1.7倍。用统计学方法对实验数据进行分析,发现在95%的置信度下,Winslow制孔工艺中值疲劳寿命是传统制孔工艺中值疲劳寿命的1.3-2.07倍。     

关于铆钉对止裂孔填充作用的研究

通过试件的疲劳寿命试验与计算，研完了空止裂孔与铆钉填充止裂孔对构件裂纹的止裂作用。试件疲劳寿命试验结果表明，疲劳裂纹尖端止裂孔铆上铆钉后的试件疲劳寿命是空止裂孔试件疲劳寿命的2．9～7．8倍。同时，通过对试验和计算结果的对比分析，确定用于计算带止裂孔构件疲劳寿命的铆钉填充作用系数为0．87。     

热冲击条件下高热叶片的热疲劳对比试验方案研究

针对涡轮叶片的热冲击疲劳寿命实验,提出了一种新的对比实验方案和措施:将实验叶片和参照叶片组合在同一组试验叶栅上,并且在试验过程中定期对调两种叶片的安装位置。按照这一方法完成了一组相似材料的涡轮导向器叶片的对比试验。实验结果显示两种叶片表现出了几乎相同的热冲击疲劳寿命特性,并且裂纹的形态、分布区域以及生长历程也完全符合热疲劳裂纹的理论规律。      

考虑缺口和体积效应的轮盘等效体积概率寿命分析方法

航空发动机轮盘的疲劳破坏多伴有缺口效应和体积效应。为了研究缺口效应和体积效应对疲劳寿命的影响,采用修正Walker模型考虑平均应力的影响,建立能统一描述各应力水平下疲劳寿命分布的三参数Weibull模型,在"等概率寿命、等损伤"的基本思想下,将轮盘大应力区的危险体积转换为具有相同损伤的等效体积,进而利用Weibull最弱环理论可获得具有缺口效应和体积效应的轮盘危险部位在任意失效概率下的疲劳寿命。对两种不同厚度(4mm和6mm)的涡轮盘螺栓孔模拟试件进行概率寿命预估,并与试验结果及应力体方法预估结果进行对比。结果显示,本方法对两种模拟试件的概率寿命预估结果最大误差在30%左右,在中位、高可靠度时的最大预估误差为-23.2%,预估精度高于应力体方法。     

基于疲劳热响应的高强钢疲劳剩余寿命预测

为了在不破坏材料的情况下估算服役结构材料的使用寿命,尤其是估算承受过未知周次循环载荷（已受损）的材料剩余疲劳寿命,提出一种预测高强钢试件剩余疲劳寿命的方法。以300M钢为研究对象,在不同的循环应力水平下进行疲劳试验,所有的试验过程使用红外成像仪对试件进行全程温度监控,记录了试件在不同损伤阶段的受激温升斜率以构造包含金属疲劳热响应和疲劳寿命对应关系的“参考斜率曲面系”,并以此为依据估算剩余疲劳寿命。试验结果表明受激温升斜率与疲劳损伤状况,即试件的累计受载周次存在明显的线性关系。经试验验证,发现剩余寿命预测的误差不超过5%,说明该线性关系可作为估算剩余疲劳寿命的指标。     

LY12CZ腐蚀疲劳寿命试验结果分析

通过试验,对LY12CZ铝合金试件在不同腐蚀环境下的疲劳寿命进行了对比分析,进而阐述了不同环境介质对疲劳寿命的影响及其机理。同时,西文还探讨了加载频率对LY12CZ铝合金腐蚀疲劳寿命的影响。     

LC4CZ铝合金机场环境下点蚀萌生疲劳裂纹行为研究

为获取LC4CZ铝合金机场环境下点蚀损伤萌生疲劳裂纹行为规律,开展了LC4CZ试件模拟机场环境、点蚀周期分别为10y和15y的加速点蚀试验,在此基础上进行预点蚀试件常幅载荷条件下分阶段疲劳试验,采用扫描电镜对分阶段试件断口进行观测并进行统计分析。研究发现,点蚀损伤程度对试件疲劳寿命有较大影响,两种点蚀周期下的疲劳寿命降低系数分别为4.3和5.8。30个预点蚀试件断口观测到的147条疲劳裂纹全部由蚀坑萌生,大都位于蚀坑底部且萌生周期短暂。两种腐蚀周期下的疲劳裂纹萌生初期的平均尺寸分别为21μm和33μm,在尺寸上属于短裂纹。随着疲劳循环数增加,两种点蚀周期下观测到的裂纹数量分别由21条和27条减少为15条和24条,多个裂纹之间存在干涉、合并行为。     

适用于任意应变比的应变寿命新模型

为了提高非对称应变寿命模型预估轮盘疲劳寿命的精度,通过对不同应变比下的试验数据进行多元线性拟合,建立了一种适用于试验数据应变比覆盖范围内任意应变比条件下的应变寿命新模型。结合多种材料的疲劳试验结果,对包含本模型在内的四种常用模型预测结果进行了对比分析。结果显示Morrow弹性修正模型和Morrow-Harford模型的预测结果不稳定;SWT模型预测精度一般,但稳定性较好。本文新模型对CC450不锈钢和SAE1045钢的预测结果基本在2倍分散带内;对GH4133光滑试棒的预估中位寿命比试验中位寿命仅高0.25%,对GH4133中心孔拉伸试件的预估中位寿命比试验中位寿命小3.67%,展示出很好的考虑应变比影响的疲劳寿命预测能力。     

焊接工艺方法对6061-T6铝合金焊接接头疲劳性能的影响

通过对6061铝合金MIG焊接头和TIG焊接头在对应的加载应力条件下疲劳寿命的测定,对比分析了两种工艺方法对铝合金焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,在加载应力低于焊接接头静载力学性能的90%时,焊接接头的疲劳寿命均能满足需求背景的需要(100000次不破坏)。同样载荷条件下,MIG焊接头的疲劳性能优于TIG焊接头,尤其是在高应力条件下,MIG焊接头的优势更为明显。焊接接头显微组织分析表明,MIG焊接头比TIG焊接头具有更为细小的晶粒和焊接热影响区,有效地提高了接头的滑移形变抗力,抑制了循环滑移带的形成和开裂,从而提高接头的疲劳性能。疲劳断口分析显示,试件的表面缺陷(疏松、气孔、夹杂等)及机械损伤是疲劳裂纹主要的策源地。     

考虑应力梯度的轮盘疲劳寿命预测

考虑应力梯度和尺寸效应对寿命的影响,通过引入应力梯度影响因子,将缺口试件与光滑试件的疲劳寿命相关联,建立了基于Walker平均应力修正的缺口试件寿命预测模型,进而结合三维弹性有限元分析对发动机涡轮盘进行了寿命预测.结果表明:所发展的寿命模型能较好地反映影响疲劳寿命的多种因素,尤其是应力集中对试件疲劳寿命的影响,综合考虑平均应力、应力梯度和尺寸效应的轮盘寿命预测结果更接近试验值,对GH901标准试件和轮盘的疲劳寿命预测结果都在2倍分散带以内.      

缝焊接头疲劳强度降低系数和寿命分散系数的研究

为了研究发动机机匣的低循环疲劳寿命，本文根据机匣的实际情况，设计了焊搭接试件，进行对１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ材料缝焊搭接接头的疲劳性能测试，并用统计分析的方法得到Ｓ－Ｎ曲线和Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线，及其缝焊接头的疲劳强度降低系数和疲劳寿命分散系数，与该材料的光滑试件对比，其结果可以看出，缝焊接头的疲劳强度大大低于光滑试件，而其疲劳寿命分散系数比光滑试件好。     

考虑轴向变形的锥形轮盘低循环疲劳试验研究

某型发动机高压压气机Ⅰ级盘采用锥形结构,在装配预紧力和离心载荷的作用下产生轴向变形。为了考核该轮盘的低 循环疲劳寿命,在传统轮盘低循环疲劳试验技术的基础上,提出了1 种考虑轴向变形条件的锥形轮盘低循环疲劳寿命试验方法。 针对轮盘结构与装配要求,计算分析工作状态下的轴向变形,优化设计了能够有效考核轮盘关键部位寿命的试验件、陪试件及试验 工装,对比试验件在整机与试验器状态的应力水平,并在卧式旋转试验器上完成了试验件的低循环疲劳试验。试验结果表明：采用 该方法可对高压Ⅰ级盘安全循环寿命进行有效考核。     

疲劳寿命估算的线性累积破坏率准则研究

介绍了一种新的疲劳寿命估算方法——线性累积破坏率准则,其物理意义明确,简单明了。在对恒幅载荷疲劳寿命统计分析的基础上,求出对应的疲劳寿命概率密度函数,从而利用线性累积破坏率准则可估算出变幅载荷下结构的疲劳寿命。线性累积破坏率准则没有限定试验条件和疲劳寿命分布形式,因此对一般环境下和腐蚀环境下的疲劳均具适用性。利用两组疲劳试验数据对该方法进行了验证,结果表明在中值寿命附近预测寿命与实测寿命非常接近,精度较高、有较好的工程应用价值。     

某型飞机新旧座舱盖有机玻璃的疲劳性能研究

对某型飞机新成型座舱盖及使用后座舱盖有机玻璃的疲劳性能进行了试验研究.利用升降法试验得到了指定目标寿命下两种不同情况有机玻璃的条件疲劳极限,利用三参数法拟合得到了两种情况有机玻璃的S-N曲线.对新成型座舱盖及使用后座舱盖有机玻璃的疲劳性能进行了对比分析.对比分析的结果表明,与新成型座舱盖相比,使用后座舱盖有机玻璃的疲劳性能没有显著下降.