钛合金高压气瓶表面裂纹断裂试验及断裂应力预计

本文扼要地介绍气瓶基体金属疲劳表面裂纹断裂试验的结果,并与几种常用工程计算方法的计算值进行比较。对韧带未完全屈服的断裂情况,我们导出了一个适合计算表面裂纹断裂应力的公式,在此基础上还推荐了一种预计表面裂纹断裂应力的简便方法。     

TC-4钛合金材料低频疲劳裂纹扩展速率的测试

本文利用TC-4高压气瓶瓶料加工小试样,进行了低频疲劳裂纹扩展速率的测试。实验结果证明,对TC-4钛合金材料,采用较小尺寸试样测试da/dN是可行的;预制疲劳裂纹时用NASA推荐的最大疲劳应力强度因子K_(max)=0.6K_(1e)是过高的。实验结果还说明,用Paris公式进行数据处理精度是足够的;在低频情况下采用不停机测量裂纹长度是比较好的。本文除了给出da/dN测试结果外,还给出了数据处理的方法。     

复合材料气瓶随机振动环境下疲劳寿命分析

根据复合材料气瓶的特点,对气瓶的复合材料层进行了简化,利用有限元软件Abaqus计算复合材料气瓶在随机振动环境下的模态和应力谱密度,采用Dirlik准则计算应力谱密度函数,分析了考虑平均应力影响的复合材料气瓶随机振动环境下的疲劳寿命,对该气瓶的振动试验结果进行了预示。     

拉扭加载下疲劳裂纹扩展的试验研究

对航空材料LY12CZ进行了多种比例和非比例拉扭双轴加载下的疲劳试验。采用弹塑性有限元方法对缺口孔边的应力应变进行了分析,探讨疲劳裂纹扩展方向与孔边各应力和应变分量之间的关系。比较分析结果与试验数据得出比例加载下,疲劳裂纹基本上在垂直于最大主应变方向扩展。45°及90°非比例加载下,疲劳裂纹沿着最大剪应变平面扩展。     

宽板铆接搭接件腐蚀疲劳特性试验研究

对航空铝合金2A12宽板搭接件进行了基准疲劳试验、预腐蚀疲劳试验、腐蚀-疲劳交替试验,观察搭接件内部腐蚀情况、断口情况;对比分析了三种不同情况的下的结果形成原因;从腐蚀产物、腐蚀形态、裂纹形成位置、能谱分析等方面对试验件进行微观对比分析。结果表明:预腐蚀试验后,试验件疲劳寿命下降明显,腐蚀—疲劳交替试验疲劳寿命最低,腐蚀—疲劳交替试验对试验件的疲劳性能影响较大;预腐蚀试验后,搭接处缝隙内有明显的腐蚀痕迹存在,缝隙环境加重了缝隙内部的腐蚀;裂纹源为韧性断裂,外表面有脆性特征,也存在解裂、二次裂纹等特征;对于腐蚀—疲劳交替试验搭接件,裂纹在界面腐蚀坑处发展,萌生的裂纹呈解理、沿晶等特征;腐蚀和应力的耦合降低了疲劳寿命。     

基于数值模拟的孔构件挤压强化疲劳寿命预测

为研究飞机机身7050铝合金孔构件挤压强化后的疲劳增益,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对孔构件的挤压强化过程、疲劳加载过程、疲劳裂纹萌生和裂纹扩展过程进行研究。通过数值模拟探究了孔构件在不同状态下危险截面的应力分布和对应的疲劳行为,分析了残余应力场对疲劳性能的影响,探讨了残余应力与疲劳裂纹萌生和裂纹扩展的内在联系,建立了孔构件挤压强化疲劳寿命数值预测模型。结果表明：孔挤压强化引入的残余压应力可以减小孔构件在受载时孔壁最大拉应力,改变疲劳裂纹的萌生位置,抑制疲劳裂纹萌生和裂纹扩展,提高7050铝合金孔构件疲劳寿命近2倍,疲劳寿命数值预测模型误差在12%以内。     

涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。     

基于QST-600通用气瓶试验台的水压试验方法研究

介绍QST-600通用气瓶试验台的优点、结构、技术指标以及水压试验操作的具体步骤和注意事项,为气瓶的水压试验提供一定的技术保障。     

一种旋翼轴裂纹扩展寿命分析方法

提出了一种旋翼轴裂纹扩展寿命分析方法。以某型号传动系统旋翼轴为研究对象,通过应力分析确定了疲劳破坏危险部位,建立了旋翼轴裂纹扩展的有限元模型。计算裂纹前沿的应力强度因子,对不同疲劳破坏危险部位进行了裂纹扩展的仿真分析,预测旋翼轴裂纹扩展寿命。通过对旋翼轴故障件进行分析验证了方法的可行性,该分析方法可用于直升机旋翼轴损伤容限设计。     

人工切口和疲劳裂纹试样对测定金属薄板材料R曲线的影响

本文根据平面应力试样在测定R曲线试验中是否需要进行疲劳预制裂纹的不同评价,对三种铝合金薄板分别制成的人工切口和疲劳裂纹试样进行了试验,结果表明人工切口试样较疲劳裂纹试样高估了材料的裂纹扩展阻力。     

轴向共振控制的结构疲劳裂纹扩展分析

针对工程结构共振疲劳问题,提出一种激励频率跟踪随裂纹扩展变化的固有频率的加载方法,并对共振频带激励的裂纹悬臂杆进行理论分析.分析过程中,采用线性弹簧等效裂纹单元,复弹性模量考虑阻尼行为,得到考虑激励幅值、激励频率、阻尼以及裂纹长度等因素的动应力.利用Paris方程模拟裂纹扩展过程,分析阻尼对共振结构疲劳裂纹扩展寿命的影响.结果显示:裂纹扩展使结构共振频率下降;阻尼较小时,阻尼变化对疲劳裂纹扩展寿命的影响并不显著;阻尼达到一定值后,裂纹扩展速率迅速下降,可能发生止裂现象;越低阶模态振动,裂纹扩展速率越大,对应的疲劳裂纹扩展寿命越短.     

FGH96合金疲劳裂纹扩展过载迟滞行为研究

针对FGH96粉末高温合金,开展了500℃和700℃不同过载比下的疲劳裂纹扩展过载迟滞行为试验,分析了试验温度、过载比等对FGH96合金裂纹扩展过载迟滞行为的影响,对其疲劳裂纹扩展过载迟滞行为进行了预测分析。结果表明：对于FGH96合金,过载比越大,过载迟滞效应越明显,相同过载比时700℃下的过载迟滞效应比500℃更为明显。过载比分别为1.2和1.4时,过载迟滞效应不明显,广义Willenborg模型、改进的广义Willenborg模型以及修正Willenborg模型的预测结果差别不大,与试验结果差别也不大。过载比为1.6时,过载迟滞效应明显,修正Willenborg模型对裂纹扩展曲线的预测结果与试验结果较为吻合,裂纹扩展寿命预测误差小于10%,广义Willenborg模型和改进的广义Willenborg模型对裂纹扩展曲线的预测结果接近,与试验结果差别较大,裂纹扩展寿命预测结果与试验结果差别也较大。     

用统计方法估算疲劳寿命的参数敏感性分析

本文以概率断裂力学的方法为基础,讨论了影响疲劳寿命的材料参数、初始裂纹尺寸和载荷等各参数的敏感性,并对计算疲劳寿命的随机样本容量进行了分析,从而提高了计算速度。另外,本文还对表面裂纹形状在扩展中的变化进行了讨论。     

疲劳S-N曲线预测的三维断裂力学方法

根据旋转弯典圆棒疲劳断口分析,给出了裂纹几何参量及应用强度因子随裂纹扩展的变化规律,采用考虑三维应力约束效应的断裂力学理论及常幅载荷下材料的疲劳裂纹扩展da/dN-ΔK曲线,得到了独立于试件几何形状和应力比的材料da/dN-ΔKeff基准数据,结合断口分析所得的应力强度因子以及材料da/dN-Δkeff数据,以三种旋转弯曲圆棒S－N（应力－疲劳寿命）曲线进行了预测,结果表明,本文预测的疲劳S－N曲线和试验的结果较为吻合,本文的S－N曲线断裂力学预测方法对确定结构全寿命具有实际指导意义,同时也揭示了发展疲劳断裂统一理论的可行性。     

基于断裂力学方法的微动疲劳寿命估算

提出了基于断裂力学基础上的微动疲劳裂纹扩展寿命估算方法,该方法的关键是计算微动接触界面上的分布力.运用ANSYS有限元分析软件建立了赫兹接触问题的计算模型,计算了接触界面上的分布力,将计算结果与解析结果进行比较,二者相当吻合,验证了ANSYS软件计算接触分布力的可靠性.对给出的算例,计算了接触界面上的分布力,进而估算了微动疲劳裂纹扩展寿命,估算结果与实验结果吻合性很好.     

块谱特征和疲劳裂纹的随机扩展

定义了疲劳载荷谱的两个特征参数：块谱强度和形状因子，由此去描述载荷谱的特征，并研究了特征参数和疲劳裂纹扩展之间的关系。分析结果表明：块谱强度是疲劳裂纹扩展的平均驱动力，而形状因子是给定疲劳寿命下裂纹尺寸方差的主要来源。     

16MnR钢疲劳统计特性评估的双随机变量方法

严格按照ASTM standard E647-93，对16MnR钢进行了21试件的紧凑拉伸试验，为了描述疲劳裂纹扩展统计特性规律，采用两个随机变量Paris公工描述疲劳裂纹扩展统计特性的方法，为了疲劳统计特性评估，采用了含双随机变量的Paris公式，二阶矩解法，与试验结果比较说明，所用方法的合理性。     

表面疲劳裂纹监测系统研制

首先介绍了直流电位法－裂纹扩展片检测裂纹的方法和原理。根据直流电位法原理,采用裂纹扩展片测试裂纹的方法。研制了表面疲裂纹监测系统。通过监测系统软件设计,实现对采样数据,波形和图形进行实时屏幕显示,对表面疲劳裂纹扩展进行动态监视。对于不同应力水平作用下的循环时间可计时累加并再现,可为疲劳裂纹形成寿命的预测提供依据。     

拉伸高速铣削对TC4钛合金疲劳性能的影响

提出采用拉伸高速铣削新方法来提高钛合金等难加工材料的疲劳性能.进行了TC4钛合金的拉伸高速干铣削试验,拉伸装夹应力从0～327 MPa,铣削速度从190～570 m/min,其他加工条件保持不变.对铣削件进行低周疲劳试验,建立疲劳裂纹监测系统对疲劳裂纹进行在位停机拍摄,并用JSM-7001F型场发射扫描电镜对疲劳断口进行观察.结果表明在高速铣削中采用拉伸装夹能使试件疲劳寿命提高8%～16%,这归因于拉伸铣削形成了更为有利的表层残余压应力层,延长了疲劳裂纹萌生寿命.     

基于ANSYS的飞机发动机压气机叶片模态分析

飞机发动机压气机叶片因振动而导致的疲劳裂纹故障是航空发动机主要故障之一。为了排除叶片的疲劳断裂故障,本文对压气机叶片进行模态分析,获得其模态参数,进而研究发动机的振动特性并对叶片的振动特性进行控制。这可以为飞机发动机压气机叶片的性能评估、结构裂纹检测、疲劳寿命、强度计算、故障诊断等提供依据。