疲劳破坏寿命的概率统计方法研究综述

概述了结构疲劳破坏寿命特性概率统计方法研究的发展及理论基础，从常规疲劳特性P－S－N曲线的研究应用、疲劳裂纹扩展率统计模型研究现状以及损伤力学理论在疲劳强度中的研究展望来综述现有随机疲劳破坏寿命分布统计特性曲线的研究方法和工程应用，同时介绍该领域研究的新成果新方法，对疲劳破坏随机性研究的未来发展的关键及趋势提出看法。     

应变疲劳等损伤曲线及其应用

利用疲劳损伤的剩余寿命定义，构造了应变疲劳等损伤曲线，并给出了其近数学描述，通过等损伤曲线，研究了应变疲劳累积损伤规律，建立了应变疲劳累积损伤公式。利用该公式来估算变幅应变疲劳寿命，仅需用材料的ε－Ｎ曲线，十分方便；其有效性得到２０２４－Ｔ４铝合金分级加载应变疲劳试验数据的验证。     

用假设检验观点考虑经验因素时疲劳寿命分散系数研究

传统的疲劳寿命分散系数的理论值是基于参数估计概念得出的,由于仅利用本次产品样本试验数据而使其数值,尤其对航空宇航一类结构而言,与实际统计值相比往往偏大;考虑实际产品的继承性,从假设检验观点出发,强调充分利用以往的信息,推导了基于假设检验观点的疲劳寿命分散系数,并讨论了某些参数的影响。通过算例表明与传统的参数估计概念的分散系数相比,假设检验观点的分散系数更趋近于实际统计值。     

疲劳损伤及寿命预测的塑性功模型

在Coffin－Manson公式的基础上提出了低周疲劳损伤及寿命预测的塑性功模型,即选择滞回能的一半Wai、拉伸断裂塑性功Wf及一个材料常数β来定义发生明显循环硬化及循环软化材料的疲劳损伤参量Di＝（Wai／Wf）β。并从内、外两方面因素分别讨论了外界作用程度（Wai）及材料的固有属性(Wf及β)在低周疲劳损伤中的作用。     

高温环境下薄壁结构声激励响应及疲劳分析与试验验证

针对航空发动机薄壁结构热声疲劳问题,采用耦合的有限元/边界元法,对GH188薄壁结构进行动力学响应计算,采用改进的雨流计数法和Morrow平均应力模型,结合Miner线性累积损伤理论对薄壁结构疲劳寿命进行了预估。基于高温行波管试验器开展了GH188薄壁结构高温声激振疲劳试验研究,获取了薄壁结构在不同温度和声载荷作用下的模态频率、应力/应变响应和疲劳寿命结果。仿真计算结果与试验结果对比分析表明:数值仿真对结构破坏位置判断准确,破坏位置均为结构根部,结构1阶热模态频率具有一致性,误差0.49%~2.09%之间,X方向应力响应峰值集中在基频附近,随温度升高,结构发生软化刚度下降,响应峰值向左发生偏移,且预测水平与试验一致,误差在1%~3%之间,验证了薄壁结构热声响应计算方法与计算模型的准确性。结构疲劳寿命随温度和声压级的上升而均呈现下降趋势,疲劳破坏时间的预估值与试验结果在一个量级之内,误差在3~3.5倍之间,满足工程级寿命预测要求,验证了薄壁结构热声疲劳寿命预估方法的有效性。      

榫连接结构高温低周微动疲劳试验

针对航空涡扇发动机压气机叶片/轮盘连接结构,设计了一种燕尾榫结构高温微动疲劳试验加载装置,开展了TC11钛合金在200℃及500℃下的微动疲劳试验。通过动态位移及动态应变法实现对燕尾榫微动疲劳萌生寿命的监测。试验中发现微动疲劳裂纹均萌生在燕尾榫接触区域的下边缘,且接触表面存在大量的微动磨屑,属于典型的微动疲劳失效形式。试验结果表明:温度环境对微动疲劳寿命的影响较为明显。随着试验温度的升高,试验件的微动疲劳寿命会逐渐减小。      

铸件中显微孔洞特征及其对疲劳寿命影响的研究进展

铸件在铸造过程中会不可避免地产生显微孔洞,严重降低了铸件疲劳寿命。本文综述铸件中显微孔洞特征(尺寸、形状和空间分布)对疲劳寿命的影响,包括显微孔洞类型,孔洞特征分布规律,孔洞最大尺寸预测方法和含孔洞材料疲劳寿命预测方法;通过对疲劳寿命预测模型的回顾,发现目前含显微孔洞铸件疲劳寿命预测方法还不成熟;展望了显微孔洞特征对疲劳寿命影响的研究。提出未来应该依靠先进光源展开原位疲劳实验或者分子动力学仿真来研究孔洞疲劳失效微观机理,建立考虑不同显微孔洞特征参数,以及不同孔洞间相互影响的疲劳寿命定量预测模型。     

基于不同寿命分布的DFR值换算关系

由于使用要求、载荷情况、结构型式与寿命可靠性要求等方面的显著区别,军机结构细节疲劳额定值(DFR,Detail Fatigue Rating)的定义有别于民机结构,主要体现在寿命分布假设与基本可靠性要求的不同以及基本结构的差异上.通过构件疲劳额定系数修正基本结构细节数的差别,假定采用对数正态分布与威布尔分布估计同一结构的中值寿命得到的估计值相同,从而导出了基于不同寿命分布的DFR值换算关系,给出了换算关系取决于DFR基准值与材料类别的结论.为军机结构耐久性设计提供了一种通过民机相似结构DFR值换算确定军机DFR值的方法,最后通过算例进行了验证.      

目标飞行器红外地球敏感器寿命分析与试验验证

针对红外地球敏感器受其寿命影响未能进行寿命验证,通过进行可靠性分析,确定了薄弱环节,设计了寿命试验,开展了地面试验验证.寿命试验采取实时寿命试验和进程加速寿命试验相结合的方法,模拟在轨工作环境,考核产品的实际工作寿命,对极端工况下（寿命末期产品密封功能失效）试验件的运转性能及失效模式进行摸底.分析了寿命试验关键参数和极端工况下试验件轴系运转测试数据,数据表明试验件工作正常,已运行在稳定工作期.由可靠性分析和寿命试验数据可以得出：目标飞行器红外地球敏感器实际寿命相对3年寿命要求有较大的裕量,寿命试验的开展可以进一步验证产品实际寿命.     

基于谐波传动的星间链路天线驱动机构设计研究

星间链路天线驱动机构(GDA)具有长寿命、大驱动力矩、高精度指向和适应复杂空间环境的任务要求.谐波传动具有减速比大、承载能力大、传动精度高等优点,在航天、航空等多个领域广泛应用.分析了主要设计约束,比较了三种双轴构型的优缺点,给出了基于谐波传动的GDA单轴驱动器的结构框图,对电机、谐波减速器、测角传感器的选择以及机电热接口的设计要点进行了分析,论述了紧凑而轻量化的结构布局、长寿命润滑、高精度指向等关键技术,介绍了长寿命和高精度捕获跟踪性能的验证试验方案.