预腐蚀疲劳退化加速因子研究

考虑预腐蚀对材料疲劳性能的影响,以疲劳强度作为腐蚀量,给出了考虑预腐蚀疲劳退化的加速腐蚀因子的定义和表达式,并结合疲劳分析方法,以细节疲劳额定值(DFR)作为疲劳强度的衡量,给出了预腐蚀条件下的DFR确定方法,通过加速环境和实际服役环境下DFR随预腐蚀时间退化规律的对比分析,建立基于DFR的加速腐蚀因子,并进行参数估计,最后,给出了LY12CZ铝合金试件在典型环境下的加速腐蚀因子取值.      

飞机结构腐蚀疲劳寿命预估工程方法研究（之一）

讨论并通过试验验征了DFR法基本假设对腐蚀疲劳寿命预估的适用性，介绍了仅考虑环境对结构细节疲劳特性影响的裂纹形成日历年限预估方法；并通过算例说明了计算过程。     

腐蚀条件下基于Gerber模型的DFR推导及实测

为了研究等寿命曲线模型的选取对细节疲劳额定值计算结果的影响,针对六种典型航空材料对比了Gerber模型和Goodman模型对于高周疲劳数据的拟合精度;推导基于Gerber模型的DFR计算公式、腐蚀折算系数CC的表达式;针对2024-T3铝合金(表面阳极化)进行了预腐蚀0 h、6 h、12 h、24 h、36 h和72 h的疲劳实验并分析预腐蚀72 h的疲劳断口。结果表明:Gerber模型适用于LY12CZ等铝合金,并且在N_95/95>10~5次时,基于Gerber模型的DFR法才能发挥延性材料的潜能;随着预腐蚀时间增长,2024-T3铝合金DFR值下降,基于Gerber模型计算的DFR分别为84.251 MPa、84.721 MPa、79.683 MPa、80.745 MPa、77.026 MPa和74.996 MPa,腐蚀折算系数CC为1.006、0.946、0.958、0.914、0.890,拟合得到DFR随预腐蚀时长的变化曲线是DFR=84.251[lg(t+10)]^-0.15578;断口分析发现预腐蚀产生的蚀坑和材料中的夹杂物会加速疲劳裂纹的形成和扩展,导致结构的疲劳性能降低,但与裸材相比,阳极化过的试件的DFR在腐蚀环境中下降趋势减缓。     

改进的军机细节疲劳额定值方法研究

基于军机细节疲劳额定值（DFR）方法的基本定义,本文对大量研制性试验结果进行数据分析,并对影响结构细节疲劳寿命的主要因素展开研究,在民机DFR方法中的细节修正系数的基础上,按制造工艺类、材料类、结构细节特征类重新定义了8个细节修正系数,并提出了改进的军机DFR方法。通过试验数据的对比分析获得细节修正系数,并以少量分散性较小的试验数据为基础对多种材料及细节类型的DFRbase值进行修正和仿真。通过开发简易快捷的小工具,实现结构快速的耐久性分析,并给出结构细节的疲劳裕度和可靠性寿命。该方法可以极大地提高结构细节优化、超差处理和机群使用状态变化后的寿命评估效率。     

LY12CZ铝合金腐蚀疲劳影响系数（CFIC）规律研究

文章利用预腐蚀后的LY12CZ试件,进行了随机谱和等幅谱加载的疲劳及腐蚀疲劳试验,分析了预腐蚀年限和载荷谱对腐蚀疲劳影响系数的影响。试验结果表明：①腐蚀疲劳影响系数与预腐蚀年限呈递增趋势且当预腐蚀到一定程度时腐蚀疲劳影响系数趋近于1,这意味着在飞机日历寿命的中后期可以不考虑腐蚀疲劳的作用;②腐蚀疲劳影响系数与载荷谱呈现...     

盐水环境对预腐蚀铝合金腐蚀疲劳性能的影响

采用预腐蚀7XXX铝合金Kt=1和Kt=3试件进行了实验室空气环境和盐水环境下的疲劳寿命实验,研究了盐水环境对预腐蚀7XXX铝合金疲劳性能的影响.结果表明,盐水环境显著降低了预腐蚀7XXX铝合金的疲劳性能,在实验室空气环境中疲劳寿命的分散性变大,应力水平越低越分散。Kt=1时在高应力水平上,盐水环境下疲劳寿命降低不多,是空气环境疲劳寿命的22.71%,而在低应力水平上盐水环境的疲劳寿命降低显著,是其空气环境疲劳寿命的2.22%。Kt=3时的盐水疲劳寿命在不同应力水平上的降低几乎相当。     

基于DFR法的螺栓连接件疲劳性能研究

针对螺栓连接件在服役过程中易产生疲劳损伤的问题,采用有限元模拟、理论分析和试验测试相结合的方法探究试验件厚度以及螺栓连接间隙对构件疲劳性能的影响规律。有限元模拟结果表明,由于构件几何形状的不连续性以及螺栓连接间隙的存在使得连接件中的铝合金板孔边产生较为明显的应力集中现象,在循环载荷作用下易在该处萌生疲劳裂纹导致构件的损伤失效,而施加螺栓预紧力可以通过摩擦传载改善孔边的受力情况。在静力分析的基础上,采用有传载紧固件双剪接头结构细节疲劳额定值（DFR）理论计算方法估算不同类型试验件的DFR值。理论估算结果与通过双点法确定的试验件DFR值基本吻合,相对差异在10%以内,可以验证该理论方法有较好的工程适用性。分析结果表明,试验件的连接间隙会影响螺栓的受载情况,在拉伸过程中先发生接触的螺栓处有较大的应力集中,最终导致连接件的疲劳失效;当试验件的厚度增加,铝合金板所承受的附加弯矩增大,会影响孔边的应力分布,在一定程度上降低试验件的疲劳性能。试验件厚度和连接间隙对试验件疲劳性能的影响可通过应力集中系数来综合体现,试验件DFR值近似随应力集中系数呈线性降低。本工作的研究成果可为螺栓连接件疲劳性能研究提供参考。     

缺口件振动疲劳寿命分析的名义应力法

为了描述缺口根部应力均方根(RMS)的集中程度,给出了缺口件在动态载荷激励下的应力均方集中系数的定义及其计算公式.基于结构疲劳的基本机理,通过考察缺口根部应力均方根的分布特点,给出了疲劳缺口系数的计算公式,形成了缺口件振动疲劳寿命分析的名义应力法.通过3个算例的计算结果表明,本文提出的方法能很好地预测缺口件的振动疲劳寿...     

腐蚀环境下疲劳裂纹扩展试验

腐蚀严重危害飞机结构的安全。为了研究腐蚀对裂纹扩展的影响，完成了3种加载频率下的腐蚀疲劳裂纹扩展试验，并与实验室空气环境下的试验结果进行了比较。研究了加载频率对腐蚀疲劳裂纹扩展率的影响。结果表明，腐蚀减少了结构的裂纹扩展寿命，但频率对结构的裂纹扩展速率没有明显的影响。     

民机结构细节疲劳敏感性分析（力学参量部分）

研究了力学量（Smax、DFR、K1）对结构细节疲劳性能的影响：给出了可甩于初步设计的分析曲线和相关结论。     

疲劳关键件加速腐蚀因子可靠性分析

针对腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命分析和评定问题,对疲劳关键件加速腐蚀因子进行了研究。以疲劳寿命作为疲劳关键件的腐蚀量,定义加速腐蚀因子为疲劳寿命相等时的服役时间与加速时间的比。假定疲劳寿命服从对数正态分布、疲劳寿命随腐蚀时间呈指数变化,推导得到了加速腐蚀因子的表达式以及加速腐蚀因子与腐蚀时间无关的结论;得到了加速腐蚀因子估计量的分布,对其进行了可靠性分析。并进行了典型结构模拟试件大气暴露和试验室加速腐蚀因子的可靠性分析。     

疲劳分散系数随应力的变化规律

 从《航空金属材料疲劳性能手册》中取出267个铝合金试件和139个钢合金试件的疲劳试验数据,研究了疲劳分散系数随疲劳试验应力的变化规律,即在一定应力范围内,疲劳分散系数随着应力的减小而增加。由此变化规律,绘制出它们的变化规律曲线。     

LGDFR法在起落架疲劳强度分析中的应用研究

原型飞机进行改型设计后,由于飞机的重量、重心变化,必将导致改型飞机起落架的载荷发生变化。应用细节疲劳额定值基本方法,利用原型飞机起落架的疲劳试验数据对改型飞机起落架的疲劳强度进行分析,称为起落架细节疲劳额定值方法。该方法较为简单、可靠、实用。     

制孔工艺对紧固孔疲劳性能的影响

分别在传统制孔工艺和Winslow制孔工艺下,对7050T7351铝合金材料的双犬骨连接件疲劳试验结果进行对比与可靠性分析;基于当量初始裂纹（EIFS）理论和符合性判据,计算不同制孔工艺下的原始疲劳质量;采用体视显微镜和扫描电镜对疲劳断口进行分析;对Winslow制孔工艺强化机理进行了定性的探讨。研究表明：改进工艺后,紧固孔的疲劳寿命均有所提高,分散性降低,疲劳强度增加;紧固孔的当量初始裂纹小于0．125mm,符合抗疲劳耐久性设计的要求;裂纹形核的位置不变,裂纹扩展区疲劳条带变窄。     

腐蚀/疲劳交替作用下飞机金属材料疲劳寿命计算方法

 使用环境下飞机金属结构剩余寿命评定是确定飞机结构疲劳寿命与日历寿命关系的关键。为此,本文模拟飞机结构经历的"地面腐蚀+空中疲劳"过程,提出了腐蚀/疲劳交替作用下飞机金属材料的疲劳寿命计算方法。首先,通过分析2A12-T4铝合金试样预腐蚀/疲劳试验结果,发现其在模拟腐蚀/疲劳交替作用时计算得到的疲劳寿命偏于保守。随后,根据2A12-T4铝合金试样真实的交替试验结果,采用回归算法,建立了基于均匀分布耦合损伤形式的腐蚀/疲劳交替寿命计算模型;并分别采用BP、Elman神经网络对上述模型的计算结果进行验证。结果表明,本文提出的均匀分布耦合损伤模型计算结果与真实试验结果吻合较好;通过进一步的计算与试验对比发现,该模型也可以用于加载循环与腐蚀周期组合发生变化时的疲劳寿命预测,具有较好的适用性。     

压铸镁合金腐蚀疲劳性能的研究

研究了压铸镁合金AM50HP和AZ91HP在大气和模拟海水(3.5% NaCl溶液)环境中的疲劳行为.结果表明:压铸镁合金疲劳裂纹萌生于试样表面或近表面的铸造缺陷处;压铸镁合金AM50HP和AZ91HP在大气环境中具有疲劳极限,其值分别约为100MPa和90MPa,而在模拟海水环境中该两种压铸镁合金均不存在疲劳极限;模拟海水严重恶化压铸镁合金AM50HP和AZ91HP的疲劳性能,并且随着施加载荷的降低,影响加剧;特别地,研究发现模拟海水对压铸AM50HP疲劳性能的恶化程度较压铸镁合金AZ91HP更为严重,且这种影响趋势与该两种镁合金的机械化学性能相一致.     

2024-T3铝合金DFR退化规律及疲劳断口分析

通过对2024-T3铝合金进行不同时长条件下的预腐蚀疲劳试验,拟合得出了2024-T3铝合金DFR(Detail Fatigue Rating)随腐蚀时长的变化曲线,并通过对2024-T3铝合金预腐蚀后的疲劳断口分析,得到了2024-T3铝合金疲劳性能退化过程的一些基本特点和规律。对于掌握2024-T3铝合金的DFR退化规律,做好飞机结构的腐蚀防护有重要的参考和借鉴作用。     

盘用材料缺口特征尺寸对缺口强度的影响

现代航空发动机轮盘工况复杂,常常在榫槽、通气孔、螺栓孔等几何不连续处遭受破坏。这些几何不连续性特征可以视为广义的缺口,为了分析缺口附近几何特征尺寸对航空发动机轮盘复杂结构件抗拉强度的影响规律,基于典型盘用合金GH4169设计了双边缺口平板试样、双边不等缺口平板试样、不等厚双边缺口平板试样以及不等厚双边不等缺口平板试样进行试验研究。试验结果表明:缺口平板试样的应力集中系数与缺口抗拉强度存在一定的相关性,缺口抗拉强度无量纲化常数与应力集中系数的试验数据点存在一定的分布规律,二者的拟合曲线能很好地描述试验结果分布规律。包括GH4169、GH738和TC11合金等常用航空塑性金属材料在内的缺口平板试验数据点落在拟合曲线±10%以内的分散带内。     

DFR法在结构疲劳优化设计中的应用

 提出了基于有限元分析的细节疲劳额定值(DFR)疲劳可靠性分析方法,将有限元分析与疲劳分析进行关联,编写基于有限元分析的DFR法分析软件(FEM-DFR),对试验件进行疲劳寿命分析,与试验对比吻合较好,验证了方法的准确性。在此基础上,针对疲劳优化周期长和效率低的问题,开发了集成Patran/Nastran、FEM-DFR和iSIGHT的疲劳优化平台,在此平台上完成了某型飞机作动筒支座细节的优化,该平台数据传输流畅、操作效率高、优化质量好,具有一定的工程应用价值。