复杂载荷情况下平均应力修正方法

对于复杂载荷下的疲劳问题,应该把平均应力效应分为“静态效应”和“动态效应”两个方面。静态效应只影响最终断裂条件,而动态效应影响疲劳过程中的损伤演化规律和强度退化速率。因此,在计算累积损伤时,只需考虑平均应力的动态效应。根据传统的研究结果及对一些试验数据的分析,提出了一个用于复杂载荷损伤分析计算的“损伤当量应力”,以修正平均应力对疲劳损伤的影响。     

基于均值的副翼作动筒载荷事件划分方法

副翼是民用飞机重要操纵面之一,主要功用是产生飞机滚转力矩,用于改变飞机的航向。现代中大型飞机的操纵系统大都采用伺服作动器-操纵面装置,当操纵面受到铰链力矩时作动器也相应受载。以民用飞机副翼作动筒为研究对象,基于试飞实测数据与主操纵面作动筒载荷计算模型,提出了一种基于均值的作动筒载荷事件划分方法。结果表明,该事件划分方法效果理想,较好地反映出了不同飞行事件之间载荷均值的差异。通过对14 000次飞行作动筒载荷历程进行雨流处理,给出了相应的载荷谱及载荷幅值、均值分布直方图,总结出相关分布规律。该疲劳载荷谱及相应的分布规律对工程实践中的寿命计算具有重要意义。     

民用发动机附件风扇叶轮疲劳寿命数值分析

叶轮疲劳寿命是影响风扇寿命的关键因素,鉴于风扇叶轮低循环疲劳试验周期长、成本高,在叶轮结构前期设计时,对某型叶轮低循环疲劳寿命进行数值分析,根据仿真分析结果初步预估叶轮寿命,给后期的叶轮疲劳寿命试验提供一定参考依据。仿真主要通过对风扇流场、叶轮强度、疲劳及叶轮模态进行分析,得出风扇流场和结构气动载荷下分布云图、叶轮离心、气动、离心气动耦合载荷下应力云图及叶轮前六阶模态云图。结果表明：离心叶轮工作时受到主要载荷为高速旋转时离心载荷,气动载荷对叶轮结构的影响相对较小;在离心气动载荷耦合的情况下,叶轮在19 955 r/min工作转速下的vonMises等效应力及最大应力为21.25 MPa,远小于叶轮结构材料2A70 T6屈服强度204 MPa和疲劳强度102.6 MPa,评估出叶轮结构在整个寿命期内不会发生屈服失效、疲劳失效,能够满足60 000次低周循环疲劳寿命的要求。在静态分析基础上探讨了不同转速下叶轮的动态特性,并绘制叶轮模态特性随转速变化的Campbell图,给出共振风险点,为后续综合考虑动态、静态特性对叶轮疲劳寿命影响奠定基础。     

基于疲劳-蠕变载荷等效转换的涡轮盘载荷谱编制及寿命预测

针对雨流计数法在峰谷值提取时进行等值压缩,忽略保载时间的问题进行了改进,提出了一种基于损伤曲线的疲劳-蠕变载荷等效转换方法。利用非线性疲劳损伤累积函数和损伤等效原则,建立了不同应力水平、不同保载时间下疲劳-蠕变载荷与疲劳载荷之间的等效换算模型。利用涡轮盘材料试验数据,计算了不同循环加载条件下的等效换算比,得到了其随保载时间的变化规律。利用改进的雨流计数法,编制了航空发动机高压涡轮盘载荷谱,并将其与寿命-时间分数预测法相结合,得到了涡轮盘剩余寿命。结果表明,改进的雨流计数法综合考虑了疲劳-蠕变耦合损伤对涡轮盘寿命造成的影响,相比于传统雨流计数法,寿命预测误差降低了15.02%,验证了该方法的有效性。     

高速热流下薄壁结构声振响应分析及寿命预估

现代飞行器飞行过程中发动机薄壁结构受高速热流冲击面临着极为严酷的工作环境,使结构产生大挠度动力学响应以及疲劳损伤破坏现象。为获取难以实测的热流冲击下结构声振响应规律及疲劳破坏时间,采用耦合有限元/边界元的方法进行数值模拟分析与热声疲劳试验相结合的方法,根据载荷效果构建与试验件尺寸完全一致的数值仿真模型,对热声载荷下薄壁结构进行仿真计算。采用功率谱密度（PSD）法分析频率响应峰值随声载荷变化规律,并通过改进的雨流计数法对声振响应数据进行统计分析,得到疲劳寿命时间。并对比声振响应仿真计算结果与试验结果发现误差小于2%,验证了数值仿真的可靠性。在此基础上,对高速热流冲击作用下薄壁结构进行数值仿真分析,通过分析频率响应峰值随温度和流速的变化规律获取不同温度各流速下结构声振响应及疲劳寿命变化规律,并阐述造成这种变化的原因。本文完成的工作可对高速热流环境下薄壁结构响应分析和寿命预估提供参考依据。     

一种航空仪表抗炮振疲劳性能分析

分析了地平表抗炮振性能,使用有限元软件对典型薄弱环节——随动托架上的配重安装片进行了炮振性能分析,使用线性累计损伤理论、名义应力法和S-N曲线进行了疲劳寿命计算,得到了疲劳寿命时间,对地平表进行了Y向和Z向炮振试验,验证了疲劳寿命的计算结果。最后,改进了配重安装片材料并再次进行了炮振试验,试验结果表明,改进后的配重安装片未发生疲劳断裂,满足使用要求。     

飞机减摆器断轴失效分析及改进设计研究

飞机减摆器是防止前轮摆振和传力的关键构件,减摆器轴断裂失效将严重危及飞行安全,使用中曾多次发生断裂.本文应用飞机疲劳断裂理论对该构件进行了疲劳强度计算和断裂原因分析,其结论与该构件的实际断口分析是相符的,属于疲劳断裂,并在此基础上提出预防断轴的措施和在减摆活塞上加装双向安全活门的改进研究建议.     

飞机主操纵系统疲劳定寿

本文对飞机主操纵系统疲劳定寿以及所涉及与机体疲劳同试的全机主操纵系统疲劳试验方案制定、基于操纵载荷及操纵位移实测数据的动态及静态疲劳试验载荷谱编制、疲劳试验验证、零组件拆检、系统寿命计算、外场故障统计、问题分析处理以及疲劳寿命评定等内容进行了阐述。同时,对系统疲劳定寿的相关问题进行了分析和讨论,说明实施飞机主操纵系统疲劳试验验证、系统疲劳定寿,以及其寿命评定,应涉及系统疲劳和静态性能2个方面,这样,不仅可以真实考核或验证飞机主操纵系统零组件及其支持件的疲劳性能、带有寿命指标要求的系统静态性能,而且实际有效地暴露操纵系统疲劳设计的薄弱部位及薄弱环节。由此,有针对性地进行系统设计改进、补充和完善现有飞机维护规程及相关条款,能够进一步保障外场飞机的正常使用和飞行操纵安全。     

对称与非对称斜削耳片危险部位及应力强度因子的有限元分析

 采用多种有限元素进行有机组合建立有限元计算模型,模拟飞机结构中典型耳片接头的构型特征及载荷特征,进行考虑销钉与耳片之间配合间隙影响的非线性接触分析。分别通过无裂纹及含裂纹结构的计算研究,得到对称与非对称斜削耳片在不同方位载荷作用下的危险部位及相应含裂结构的裂纹尖端应力强度因子,给出覆盖面广的计算曲线,并分析研究其抗断裂特性。通过与现有文献比较表明,其数值结果精确,方法可靠。     

考虑固-液耦合效应的飞机多功能扰流板动态特性分析与振动疲劳寿命估算

采用密度相同的不可压金属材料实体单元模拟飞机多功能扰流板作动器中的液压油,并设置液压油实体单元与作动器简体和活塞杆四面体单元的接触对,建立了考虑固-液耦合效应的多功能扰流板有限元分析模型,计算了多功能扰流板自由振动的六阶固有频率及其模态振型。在此基础上,计算了多功能扰流板在标准随机激励下的振动疲劳应力,采用线性累积损伤理论的频域表示法,估算了多功能扰流板的振动疲劳寿命。分析结果表明,多功能扰流板满足相应的设计要求。     

复杂环境下的三维疲劳断裂

 以三维弹塑性断裂理论为基础,对复杂载荷、复杂环境作用下的金属材料和结构的疲劳、断裂的若干关键问题进行了概要分析。给出了由材料性能试验的标准试样结果预测结构中一般形态缺陷的三维破坏的最新结果,获得了对不同载荷条件下腐蚀疲劳裂纹扩展的统一描述,介绍了由裂纹扩展基准曲线预测谱载腐蚀疲劳裂纹扩展寿命的最新进展,对结构服役寿命/日历寿命研究方法作了探讨。     

等寿命曲线在直升机动部件疲劳定寿中的应用

直升机动部件的疲劳定寿中,为考虑平均载荷的影响,不可避免地需要采用简化的近似等寿命曲线对疲劳特性和飞行载荷进行修正处理。为防止因修正处理不当而造成影响定寿结论和使用安全,本文对目前国内外常采用的修正方法进行了分析,并提出了工程应用中的处理原则和措施。     

基于粒子滤波的结构疲劳裂纹扩展动态贝叶斯推断方法

准确预测结构的疲劳裂纹扩展过程是开展飞机单机寿命监控与剩余寿命估算的基础。提出一种基于动态贝叶斯网络的结构疲劳裂纹扩展预测方法,结合疲劳裂纹扩展的先验知识与后验知识来准确地推断裂纹长度;研究粒子滤波算法中不同粒子数对动态贝叶斯网络推断精度的影响规律;通过对单孔板结构与耳片连接结构件在随机载荷谱下进行裂纹扩展研究。结果表明：动态贝叶斯网络方法可以对复杂结构的疲劳裂纹扩展进行准确预测,预测精度相对于传统方法提高50% 以上。     

某型机燃烧室外套爆破故障剖析和安全使用寿命评估

针对某型机燃烧室外套发生的空中爆破故障 ,进行应力分析、断裂机理分析、爆破时剩余材样的板厚分析计算及不同焊接试片疲劳对比试验等 ,确定了故障发生的原因为原设计的纵向搭接焊缝不合理 ,不适于在交变载荷作用下使用。参照英军标Defstan 0 0 -971上轮盘的寿命评估方法 ,按疲劳寿命对数正态分布规律和搭接焊试片疲劳试验结果选定了外套的寿命散度系数 ,并把使用多年的外套都看成试验件 ,评估出了现役外套的安全使用寿命和失效概率     

轴对称构件疲劳寿命预测的损伤力学-附加载荷-有限元法

 提出了一种实用有效的弹塑性损伤应力 -应变本构方程与损伤演化方程。针对中高周疲劳问题,发展了轴对称疲劳寿命预测的损伤力学 -附加载荷 -有限元法计算格式。通过引入塑性附加载荷,考虑了构件应力集中区域塑性变形对构件疲劳寿命的影响。预估了30 Cr Mn Si Ni2A材料含沟槽轴对称试件的疲劳裂纹形成寿命,并分析了疲劳裂纹的扩展情况。疲劳寿命理论预测结果与实验结果吻合良好。     

机翼内外翼连接件结构抗疲劳细节设计分析

某大展弦比无人机的内外段机翼连接件结构承受幅值变化较大的交变载荷作用,是该无人机结构的关键件,也是疲劳危险部件。通过对机翼结构进行有限元建模分析和相关理论计算,筛选出疲劳危险部位,并针对其承载特点提出抗疲劳改进措施,探索出改善结构疲劳强度的措施和分析方法,有效地增加了该连接结构的疲劳寿命。     

某型机垂尾摇臂故障剖析

对某型机方向舵摇臂中心耳孔片断裂现象进行了技术分析,其断裂性质属手大应力作用下的疲劳断裂。同时。针对故障产生的原因,提出了改进措施,消除了某型机飞行隐患。     

程序载荷下疲劳可靠性分析的损伤等效递推方法

以载荷循环数－疲劳寿命干涉模型为基础,分析了程序载荷（包括随机载荷历程）作用下的疲劳可靠性问题的特点及计算方法。通过对疲劳失效过程的分析,针对复杂载荷下疲劳问题的物理本质,提出了一个以损伤等效原则转换不同载荷水平的当量循环数的可靠性递推方法,并进行了试验验证。     

基于无裂纹直耳片接头接触问题的非线性分析

考虑耳片与螺栓之间配合间隙,采用Patran有限元分析软件,模拟飞机结构中典型直耳片接头的结构特征及载荷特征,对无裂纹直耳片接头进行了非线性接触分析。通过分析,计算了三种不同大小耳片孔边应力集中系数,并与理论经验公式计算得到的耳片孔边应力集中系数相比较,其结果表明,有限元计算方法合理,可为有初始裂纹耳片接头接触分析提供参考。同时,在此基础上讨论了耳片不同几何参数对其应力分布影响,也可为接头耳片的优化设计提供一定的指导。     

改进动态面控制方法及其在过失速机动中的应用

为提高模型飞行试验中飞机过失速机动控制品质,发展了一种考虑非定常气动力效应与舵回路作动器模型的改进动态面飞行控制律。针对一般仿射模型情形的控制律设计了流程:首先针对子系统推导动态面控制律,然后综合全系统并考虑控制约束导出滑模控制律,在一定的假设条件下,证明了闭环控制系统为输入-状态稳定。在应用提出的控制方法进行过失速机动控制律设计中,为准确预测飞机非定常气动力效应,利用过载测量量反解飞机气动力、采用微分方程模型计算飞机非定常力矩。由于综合了作动器动力学模型,控制律的控制效果受作动器带宽影响较小,可以有效消除由作动器动态响应引起的控制效果变差问题,同时控制律中对非定常气动力效应的有效预测也有利于过失速机动品质的改善。