超声振动载荷下合金的疲劳裂纹扩展性能研究

本文应用超声共振试验技术研究了4种工程常用合金(Astroloy, 17-4PH, Ti-6Al-4V, Al-Li8090)在超声振动载荷(f=20kHz, R=-1)下的疲劳裂纹扩展性能, 并与常规疲劳载荷(f≤50Hz, R=0.7)下材料的有关性能做了对比分析。对超声疲劳载荷下材料损伤及裂纹扩展机理的特点做了研究, 给出了这种特定载荷形式下应力强度因子的计算方法。研究结果表明, 超声疲劳载荷下各种合金的裂纹扩展性能与常规疲劳试验中确定的有效应力强度因子△Keff类同。      

弯曲载荷下薄壁结构疲劳裂纹扩展性能

对某飞机座舱盖侧型材与锁环连接部位的疲劳裂纹扩展性能进行了研究。该结构区别于常见薄壁结构的特征是承受较大的弯曲载荷,使得利用薄板I型裂纹扩展的常用方法进行寿命分析会产生较大的误差。为了研究弯曲载荷下薄壁结构的疲劳裂纹扩展性能,开展了带孔板和侧型材结构模拟件的疲劳裂纹扩展试验。通过有限元仿真分析,研究了弯曲载荷对裂尖应力强度因子的影响,提出了一种当量应力强度因子变程公式;对本文所涉及的2种类型受弯曲载荷作用的试件,裂纹扩展寿命预测结果与试验吻合较好。研究表明,在相同的名义应力和裂纹长度下,薄板受弯时裂纹应力强度因子、裂纹扩展速率远低于受拉的情况;结构受到弯曲载荷时,锁环对连接部位的应力有显著的抑制作用,可以减缓疲劳裂纹的扩展;此外,合理的结构设计能够增加关键部位受弯时的疲劳裂纹扩展寿命。     

GH4169合金疲劳裂纹扩展性能的试验研究

本研究中对GH4169高温合金的疲劳裂纹扩展性能进行了试验研究。主要进行了400℃～600℃范围内的疲劳裂纹扩展试验．其中对GH4169环形锻件进行了室温下的疲劳裂纹扩展试验。结果表明，在400℃-600℃范围内，温度对GH4169高温合金疲劳裂纹扩展性能的影响很小，随温度上升，裂纹扩展速率稍有加快；优质成分对GH4169高温合金的疲劳裂纹扩展性能几乎没有影响，在相同温度下，YZGH4169与GH4169的疲劳裂纹扩展速率几乎一样；材料品种对YSGH4169高温合金的疲劳裂纹扩展性能有一定影响，YSGH4169锻件比棒材的疲劳裂纹扩展性能要好一些。     

直接时效GH4169高温合金疲劳裂纹扩展性能试验

对直接时效GH 4169高温合金的疲劳裂纹扩展性能进行了试验研究。分别研究了厚度、温度、应力比等因素对直接时效GH 4169高温合金疲劳裂纹扩展性能的影响。结果表明,在410 mm的厚度范围内,厚度对直接时效GH 4169高温合金疲劳裂纹扩展性能几乎没有影响,但厚度为2 mm且应力比为0.1时其裂纹扩展速率稍有下降;应力比对直接时效GH 4169高温合金疲劳裂纹扩展的影响随着应力比的提高逐渐减小;温度的提高对直接时效GH 4169的裂纹扩展速率有明显的加速作用,但是随着应力强度因子范围的增加,其影响逐渐减小,氧化作用是加速其裂纹扩展的主要机理。      

V2500发动机反推疲劳裂纹扩展及止裂分析

对V2500发动机反推的一处典型裂纹损伤进行有限元仿真分析,获得各种疲劳载荷形态和载荷循环下的裂纹扩展规律,进而对该裂纹的止裂孔特性进行分析。     

疲劳裂纹电位法测量研究

本文对电位式裂纹测量仪的基本组成原理及性能做了介绍,并在高温疲劳裂纹扩展试验中,使用该仪器与显微镜直接观测法同时测得四组试验数据。对其中三组数据进行线性拟合,拟合出试验中裂纹长度与测得电压之间的关系式,最后用拟合出的关系式对另一组数据反推检验裂纹长度。对比所得结果,测量精度比较令人满意,证明了此电位式裂纹测量仪的可靠性和实用性。     

基于虚拟裂纹闭合法的铝合金疲劳裂纹扩展分析

基于虚拟裂纹闭合法,以Abaqus有限元软件为平台,编写了用户单元子程序,计算出不同裂纹扩展阶段的应变能释放率和裂纹尖端应力强度因子。结合Paris公式,建立了有限元裂纹扩展模型,可仿真再现疲劳裂纹扩展过程,预测裂纹扩展寿命,为损伤容限评估方法提供一种技术支持。     

多孔多裂纹平板的疲劳裂纹扩展试验与分析方法

飞机结构广布疲劳损伤是目前大型客机损伤容限设计与分析的难点。通过试验研究了典型多孔多裂纹2024-T3铝合金平板的裂纹扩展行为。试验结果表明：相邻孔边裂纹之间的相互干扰明显降低了共线多裂纹平板的疲劳裂纹扩展寿命。就本文研究的典型多孔板,所有孔边都出现了等长裂纹这一极端情况,其裂纹扩展寿命是单孔平板孔边裂纹扩展寿命的10%左右。本文采用Eshelby夹杂理论和权函数法给出了典型多孔多裂纹问题的应力强度因子近似解析解,并结合Paris裂纹扩展公式预测疲劳裂纹扩展寿命。与采用有限元法获得应力强度因子并预测多孔多裂纹板的疲劳裂纹扩展寿命进行对比,对比结果表明：采用解析解和有限元解获得的应力强度因子预测的疲劳裂纹扩展寿命与试验结果吻合良好;相比于有限元法,本文的应力强度因子解法简单、高效,将有助于飞机结构多位置损伤（MSD）的疲劳裂纹扩展寿命预测分析。     

铝合金表面疲劳裂纹深度测试

本文运用电位降原理测量构件表面疲劳裂纹的深度,建立了外测相对电压值与自然裂纹深度以及缺陷面积之间的联系。同时还给出了描述裂纹在疲劳扩展过程中的前缘位置和瞬时应力强度因子的方法。为对结构进行封闭式断裂分析提供了条件。     

含裂纹铝合金板单面修补结构疲劳裂纹扩展分析

为了研究单面修补结构疲劳裂纹的扩展规律,进行了玻璃纤维/环氧树脂复合材料单面修补含裂纹铝合金板的疲劳试验,并建立了基于斜裂纹前沿(UCF,Uniform Crack Front)和基于垂直裂纹前沿(SCF,Skew Crack Front)的三维有限元模型。利用数理统计方法和有限元模型得到了不同裂纹长度时的有效应力强度因子(ESIF,Effective Stress Intensity Factor)值,采用应力强度因子修正法从疲劳试验结果中获得了修补结构不同裂纹长度时应力强度因子(SIF,Stress Intensity Factor)值Kexp,并使用有限元模型的ESIF值和Kexp预测了修补结构的疲劳寿命。通过分析得到以下结论:同基于UCF有限元模型相比,基于SCF有限元模型的ESIF更接近于Kexp。在预测疲劳寿命时,基于UCF有限元模型预测结果误差较大,与试验中值寿命的最大误差可达到19%;而基于SCF有限元模型各ESIF预测结果与试验中值寿命的误差都在6%之内,与试验结果一致性较好。     

高锁螺栓孔进R区的对接结构疲劳试验研究

在民用飞机生产过程中,存在紧固件孔进入对接结构R 区但换新超差结构较为困难的情形,对该类问题在R 区加弧形垫后,由于应力集中系数的变化及非标准连接,结构的疲劳品质会受到影响。本文通过疲劳试验研究对接结构高锁螺栓孔进R 区（平行载荷方向）加弧形垫对结构细节疲劳额定值的影响;在试验件设计时通过有限元法分析部分参数对结构应力集中的影响,根据有限元分析结论进行三组疲劳试验以得到相应的细节疲劳额定值修正系数,对试验结果与工程算法结果进行比较。结果表明：高锁螺栓孔进R 区的超差程度优于高锁螺栓HST12AG6 的孔进R 区1.0 mm,对接结构细节疲劳额定值下降在10% 以内;试验对照组的试验件破坏形式与参照组完全吻合,细节疲劳额定值差异在合理的范围内。     

飞力轮试验盘槽底裂纹损伤容限分析

用有限元和J积分相结合的方法, 确定飞力轮试验盘裂纹尖端参量随裂纹尺寸的变化规律, 并根据材料的断裂韧性确定临界裂纹长度。最后算出裂纹疲劳扩展寿命。计算结果与试验结果基本一致。      

用摄动法研究几何尺寸为随机量时轮盘的可靠性

几何尺寸和材料性质等的随机性都影响结构的可靠性。本文提出用建立在二阶摄动法基础上的概率有限元来分析轮盘的几何形状不确定时的随机应力场和可靠性, 研究用摄动方法处理问题的基本思路, 推导随机应力场和可靠度的计算公式, 用简单算例分析讨论了几何尺寸对可靠性的影响规律, 算例结果与MonteCarlo模拟结果的对比表明本文的方法有效, 理论正确。      

涡轮构件疲劳/蠕变寿命的试验方法

根据弹用发动机涡轮构件的真实工况,通过有限元分析确定试验寿命考核点,提出并设计了一套加载方案,模拟了工作条件下结构的应力场和温度场,构件的试验寿命、断裂部位与有限元预测结果一致。试验结果表明提出的小结构大载荷、小空间高温度的试验方法可以很好地再现涡轮构件的疲劳/蠕变故障,为发动机构件的寿命评定提供了依据。     

转子动力特性计算中常用方法的对比分析

传递矩阵法、有限元素法及及模态综合法是对转子系统进行动力特性分析最常用的方法。通过大量算例, 本文从计算精度、内存、机时等方面对它们进行了对比计算, 并对计算结果进行了分析。在采用模态综合法进行动力特性分析时, 涉及需选取不同的控制参数, 诸如子结构数的多少, 子结构保留模态阶数等, 本文也给出了经验数据。      

二维对流—扩散方程的控制体有限元法数值模拟

推导了二维对流—扩散方程的控制体有限元公式,其主要特点是所得离散化方程适合于逐点迭代法及共轭梯度法进行求解,使得该方法更适合于求解复杂的几何域及节省更多的计算机内存。通过几个算例表明,该方法对于特别大的Ｐｅｃｌｅｔ数其精度也是很高的     

某型发动机转子热弯曲变形及其影响数值分析

采用有关文献提出的数值分析方法,对某型发动机转子的热弯曲变形及其影响进行了定量分析,得出了一些可供工程实际参考的有益结果。首次在发动机转子轴对称稳态温度场的基础上,借助热弯曲实验器实验结果,产生一个非轴对称温度场,用三维热弹性有限元法计算其热弯曲变形,采用传递矩阵法计算热弯曲振动响应。上述方法在热弯曲试验器分析中均得到了验证。实践表明这是一种分析航空发动机热弯曲及其影响的简便可行的数值分析方法。      

复约束方法计算斜齿圆柱齿轮结构特征值问题

根据齿轮结构的循环对称性,以仅含有一个完整轮齿的扇形子结构作为齿轮有限元计算模型,用计算循环对称结构特征值问题的复约束方法,通过求解一个扇形子结构的特征值问题得到整个齿轮结构的特征值和特征向量。计算了４个不同参数齿轮的低阶固有频率和振型,并与实验结构数据比较,获得了满意的结果。这证明复约束法既极大地减少了计算所需内存和机时,又可建立包含轮齿和轮体在内的计算模型,保证了齿轮结构特征值问题计算的完整性和准确性。