基于连续损伤模型的复合固体推进剂力学性能研究

为了模拟复合固体推进剂本构关系,利用连续损伤力学理论并耦合线性累积损伤来建立含有损伤变量的本构模型。模型中推进剂累积损伤利用Miner线性累积损伤法则,损伤演化利用蠕变损伤演化规律,无损条件下的推进剂本构关系利用三元件波因廷模型。该模型提供了一种基于损伤本构关系来研究推进剂力学性能变化的有效方法。     

涡轮叶片累积损伤指数模型及服役可靠性评估

高压涡轮(HPT)叶片是民用航空发动机的关键结构件之一，直接关系到发动机的性能、可靠性与使用寿命。提出了一种HPT叶片服役可靠性评估方法，基于服役条件下的历史工况参数，结合发动机性能模型、叶片关键点应力、温度计算模型、蠕变损伤评估模型对叶片蠕变损伤进行计算，之后考虑服役条件下的多模态数据，针对蠕变失效建立了累积损伤指数模型，融合历史协变量信息对叶片进行服役可靠性评估。仿真结果表明：采用文中定义的蠕变累积损伤指数，可充分利用发动机服役条件下的历史使用信息、状态参数及截尾失效数据，实现特定使用条件下的涡轮叶片服役可靠性评估及剩余寿命预测。相较于传统的可靠性分析方法，累积损伤指数预测模型能够基于单机服役条件提供更加可靠的评估结果，可为航空发动机运行风险评估与视情维修决策提供更好的支持。     

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。     

某涡轴发动机涡轮叶片尾缘孔的蠕变-疲劳寿命预测方法

针对某涡轴发动机的涡轮叶片,建立了考虑应力松弛的蠕变-疲劳寿命分析方法。通过在黏塑性理论框架内耦合蠕变损伤,对某高温合金的非线性蠕变变形进行了数值模拟。结果表明:基于对某涡轮叶片的弹塑性-蠕变分析研究,明确了叶片上前缘和尾缘等关键部位的蠕变损伤及其演化规律,也为确定叶片上的局部危险点提供了一种方法。该模型针对弹塑性应力应变曲线计算误差小于5%,而针对蠕变曲线的模拟精度则处于材料蠕变变形固有属性分散范围内。借助于线性损伤累积寿命理论,分析得到了某涡轮叶片尾缘孔局部考虑了应力松弛的蠕变-疲劳寿命,从而为叶片寿命评价提供了更为合理、工程化应用更好的方法。      

温度载荷下的药柱累积损伤分析

为研究温度载荷下的药柱累积损伤规律,应用线性累积损伤理论,建立了固体推进剂热粘弹性累积损伤模型,并根据不同应力水平下的蠕变破坏试验数据,获得了累积损伤的表达式;对药柱进行了热粘弹性有限元计算,得到了药柱危险部位的最大Von Mises应力随温度的变化规律,并讨论了不同贮存温度对药柱累积损伤的影响,最后针对典型海区的不同贮存温度进行了药柱的累积损伤算例分析.结果表明,温度是影响药柱损伤的重要因素,在热应力较大时药柱损伤并不总是较大;温度、应力大小以及作用时间共同决定着药柱的累积损伤.     

正交各向异性材料粘塑性损伤统一本构关系研究

用损伤力学与粘塑性理论相结合的方法,将正交个性异性材料的粘塑性统一本构模型［１］进行了修正和推广,建立了在蠕变与疲劳载荷交互作用下正交各向异性材料的粘塑性损伤统一本构模型。用该模型预测了ＤＤ３ 单晶合金的蠕变和疲劳特性以及蠕变和疲劳损伤,预测了在循环载荷作用下材料的蠕变与疲劳交互作用损伤及其寿命。同时将计算结果和试验结果进行了比较     

镍基单晶结构的蠕变损伤寿命研究

基于镍基单晶合金材质细观演化规律，提出了同时考虑筏化-解筏及夹杂空洞损伤机理的双参数蠕变损伤本构模型。该本构模型已编入ABAQUS的umat。单向应力状态试验表明它可以模拟镍基单晶结构材料的蠕变规律，特别是晶体取向相关性；利用双剪切和模拟单晶叶片蠕变试验对模型进行了考核，结果相当满意。进一步对单晶叶片的蠕变损伤寿命进行分析，叶片的三维取向优化，可以很大程度地提高叶片的蠕变寿命。     

艇载固体发动机药柱蠕变-疲劳损伤分析

为研究大型艇载固体发动机立式贮存状态下药柱经受长期自重和低频振动载荷作用下的累积损伤,开展HTPB推进剂定应力持续加载破坏试验、定应力幅值往复拉伸试验以及蠕变-疲劳交互试验,拟合了交互损伤本构方程;开展发动机固化降温、长期重力和低频振动联合作用下的有限元计算,得到了药柱应力应变分布规律;并基于Miner线性损伤理论对发动机药柱关键点和关键路径的累积损伤进行了计算。研究结果表明:蠕变作用与疲劳作用具有非对称性的交互作用;长期自重载荷作用下,药柱整体下沉,从头部至尾部下沉量依次减少,蠕应变占据药柱总应变的60%以上;周期性的低频振动后,应力应变呈现周期性变化;药柱内部累积损伤随时间呈线性关系,艇载贮存半年的累积损伤为0.0219。     

基于梁理论的涡轮冷却叶片蠕变计算

提出一种以梁理论为基础,采用累积损伤理论,利用材料的拉逊-米勒曲线方程计算给定外载荷作用下的等效应力,然后再利用材料的蠕变曲线计算涡轮叶片蠕变变形的方法。使用该方法对航空发动机燃气涡轮工作叶片在经历5个工况后叶尖的蠕变伸长量的平均值进行计算,并与发动机持久试车结果进行对比。结果表明,该方法所得叶尖平均蠕变伸长量与试车后的叶尖最大残余变形的误差为14.0%,验证了该方法在一定精度范围内的有效性。     

单轴非线性连续疲劳损伤累积模型的研究

首先在连续疲劳损伤理论的基础上,根据疲劳损伤过程中金属材料韧性的变化特点,建立一种新的非线性疲劳损伤累积模型。该模型考虑了疲劳极限、平均应力以及损伤参量与加载参数的不可分离的特点,并且能够反映出加载顺序的影响。然后推导出该疲劳损伤累积模型在多级加载下的递推公式。经３种金属材料的疲劳试验数据验证结果表明,用该模型预测疲劳寿命,其结果令人满意的。     

概率疲劳损伤力学的四参数Lognormal模型

 基于由宏观角度综合概率统计方法、疲劳研究及损伤力学三者建立的概率疲劳损伤力学PFDM(Probabilistic Flatigue Damage Mechanics)基本模型,考虑到工程中常用的Lognormal概率分布,经过大量的简化和推导,初步建立起适合于工程中常幅疲劳问题的Lognormal分布四参数PFDM模型,文中讨论了损伤参量D_(eq)、相对梯度RG的具体形式,在获取PFDM基本材料参数的前提下,可以对实际构件的疲劳寿命的Lognormal概率分布进行估算,文中还就40Cr调质钢、LY12CZ材料给出实例。     

Tensile properties analysis of CFRP-titanium plate multi-bolt hybrid joints

Hybrid joints have better tensile properties than pure bonded and bolted bolts, and are increasingly used in the aerospace field. Tensile tests are carried out for the Hybrid Bonded/Bolted(HBB) joints of Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) laminate and titanium alloy plate under different bolt numbers, and the corresponding load–displacement curves are obtained. At the same time, based on Continuum Damage Mechanics(CDM) theory, which is derived from 3D Hashin failure criteria, and a Cohesive Z...     

粉末冶金坯体成形过程中产生裂纹预测的一种算法

介绍了金属粉末成形中裂纹的种类与成因,从理论和应用上详细论述了基于细观处理的损伤力学方法在金属粉末成形中裂纹预测中的应用,分析了这种方法的优缺点并提出了指导性意见.     

带损伤复合材料层压板剩余强度估算方法研究

 针对带损伤, 特别是冲击损伤的复合材料层压板的剩余强度估算, 提供易于工程使用 的思路和方法。包括: ① 提出了一种不依赖具体分析方法的统一的损伤记录与表征方法——损 伤数据结构DDS; ②提出了一种全新的缺口强度破坏判据——损伤影响(D I) 破坏判据; ③ 提出 了简单易用的估算冲击分层的弯曲应变能密度分层模型; ④提出了一套能够分析包括预埋分层 和冲击分层在内, 并能够处理单一分层以及多分层的损伤剩余强度估算方法。对共计12 种材料 体系、52 种铺层形式的开孔拉抻强度、预埋分层压缩强度及冲击后压缩强度进行了大量估算分 析, 与近百组试验结果相比均有良好一致性。     

韧性裂纹扩展的损伤力学描述

描述了基于材料微观空穴成核、长大和聚合的损伤力学模型,用增量本构关系模拟了空穴的成核和长大。用有限元损伤模型计算了裂纹的扩展,其计算值与试验结果吻合较好     

损伤法则在时间相关疲劳寿命预测中的应用

动力机械如燃气涡轮、蒸汽轮机、锅炉和核压力容器都在高温、高压、高应力和各种腐蚀环境下工作。为保证这类机械能长时间安全运转,人们日趋重视对零部件采用抗蠕变-疲劳-环境(统称为时间相关疲劳)开裂设计。尤其是对先进的航空发动机热端部件更重要。于     

运用损伤力学求解金属构件疲劳裂纹形成寿命的附加位移法

从损伤力学出发,建立了对金属构件疲劳裂纹形成过程进行损伤耦合的弹塑性应力分析及寿命估算的附加位移法。该方法较充分地利用了缺口构件疲劳损伤的局部性特点,其计算量远低于普通的全场数值解法。算例表明寿命的理论解与试验值基本吻合。该方法对于分析其他局部耦合问题也具有参考价值     

航空金属材料的损伤机制与预测方法

损伤是航空结构件加工制造与服役中的共性问题。以微观损伤机制与损伤预测模型为主要关注点,论述了典型航空用铝合金、钛合金中损伤形核、扩展的影响因素以及宏观、细观尺度损伤断裂的预测方法。对于塑性成形过程,以受力状态为切入点,阐述了不同应力状态下损伤演化的差异性,介绍了基于应力状态损伤模型在航空材料中的应用。对于疲劳损伤问题,总结了不同体系合金中的微观影响因素,如第二相颗粒、晶体取向等,讨论了疲劳预测方法在航空用铝合金、钛合金中的应用。将局部应力应变集中归纳为损伤萌生、扩展的外因,而材料内部缺陷、界面等为内因,塑性变形、疲劳过程的损伤累积均为内、外因综合作用的结果。通过归纳损伤机制研究进展与问题,分析宏、细观预测方法的优缺点,提出以共性规律与通用性预测方法为重点的发展方向。     

Damage tolerance of composite structures for large transport aircraft

Damage of composite materials is studied at a coupon level from both a fracture mechanics and a damage mechanics point of view. Methods developed are applied to sub-elements and sub-structures with the objective of decreasing the amount of testing needed in the certification procedures of composite structures.