典型层板冷却结构热疲劳破坏特性研究

针对三种不同形式的典型层板冷却结构,设计加工了高温合金材料试验件.模拟涡轮冷却叶片在实际发动机中的高温工作环境,通过冷热循环加载方式试验研究每种层板冷却结构的热疲劳寿命,分析其破坏部位及破坏原因,并与数值计算结果进行了对比.结果表明:层板冷却结构热疲劳裂纹出现在排气板气膜孔附近,并沿气膜孔纵向扩展,内表面扩展程度大于外表面.在三种层板冷却结构中,211型层板冷却结构热疲劳寿命最低,161型和141型层板冷却结构热疲劳寿命相当.     

施加轴向力的旋转轮盘低循环疲劳试验

为满足配装某型飞机的发动机在外场使用的需要,利用传统安全寿命法对航空发动机轮盘进行了低循环疲劳试验.通过有限元方法计算轮盘在发动机工作条件下的应力状态,结合失效分析,确定了轮盘的关键部位和相应的标准循环.针对该轮盘的应力状态受轴向力影响大的特点,运用类比法确定了试验参数,设计的试验装置实现了在旋转条件下对轮盘施加轴向力.研究表明:轮盘关键部位的确定不仅与应力水平有关,还与结构和失效模式有关.试验设计须考虑轴向力对轮盘应力状态产生的影响.试验装置通过调节油量控制轴向力,可同时满足不同试验参数的新盘和外场使用盘的需要.     

TC17钛合金高温超高周疲劳实验

自主研发了高温超声疲劳(20kHz)实验系统,并完成了TC17钛合金在室温、200℃和350℃条件下的疲劳性能实验研究.结果表明:TC17钛合金的动态弹性模量随温度升高呈线性减小.S-N曲线在室温下呈直线下降趋势,但在200℃和350℃条件下,S-N曲线在疲劳寿命为107周次处出现明显的拐点.断口分析表明疲劳裂纹萌生于试件表面或次表面,没有发现裂纹萌生于内部的情形,TC17钛合金的裂纹萌生可不依赖于试件内部的夹杂物或缺陷.高温不仅促进了裂纹的萌生还促进了裂纹的扩展.     

考虑表面加工缺陷的轮盘疲劳寿命分析方法

为了将表面加工状态引入零构件概率寿命分析中,提出并建立了考虑表面加工缺陷的轮盘疲劳寿命分析方法。将孔的表面加工缺陷简化为表面裂纹和/或角裂纹,导出裂纹深度密度函数;借助裂纹应力强度因子经验公式及有限元分析,提出轮盘孔边裂纹应力强度因子计算的推广经验公式方法。建立了3种考虑表面缺陷尺度分布时轮盘概率寿命计算方法。以钛合金盘为例,在获得的表面缺陷分布条件下,计算了给定寿命的轮盘疲劳寿命失效概率及故障率。仿真结果表明:采用该方法可以将表面加工缺陷对疲劳寿命的影响引入构件寿命评估体系。     

一种涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命研究的试验方案

提出了一种针对涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命的试验方案.该方案首先对涡轮机匣进行数值分析,得到危险部位的应力分布,再通过常温下机械加载来模拟危险部位总应力场,并在该载荷下获取涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命.利用该方案,对新制作的涡轮机匣结构改进措施、原有涡轮机匣维修措施以及腐蚀影响进行了试验研究.结果表明:①新制作的涡轮机匣挂钩槽增加倒圆半径为0.8mm的圆角后,安全寿命在50%,95%置信度下可分别增加69%和198%;②原有涡轮机匣挂钩槽铣倒圆半径为1.5mm的内圆角后可以获得与新制作的涡轮机匣挂钩槽相近的疲劳寿命;③腐蚀会严重影响涡轮机匣挂钩槽的疲劳寿命.      

铁磁试件应变损伤微结构蜕变的灵敏微分磁导率评价

为了精确检测和早期评价铁磁试件的应力集中状况和疲劳损伤程度,对灵敏微分磁导率检测技术进行了理论分析和试验研究。探讨了灵敏微分磁导率检测技术的基本原理和基本特征,研制搭建了灵敏微分磁导率检测的试验平台,对部分碳素钢结构材料的灵敏微分磁导率进行了测量,并采用测量低场磁化曲线的方法对碳素钢材料的灵敏微分磁导率进行了测量验证。理论证明了检测信号与微分磁导率成正比,试验发现20钢、35钢和235钢的灵敏微分磁导率即初始微分磁导率,并与振动样品磁强计低场磁化曲线的测量结果一致。对20钢,当拉应力接近断裂强度时,灵敏微分磁导率的变化量可达30%;对45钢,当拉应力接近断裂强度时,灵敏微分磁导率的变化量可达35%。可见,灵敏微分磁导率检测技术是一种新的高精度测量应力分布的检测方法,具有广阔的应用前景。     

基于疲劳热响应的高强钢疲劳剩余寿命预测

为了在不破坏材料的情况下估算服役结构材料的使用寿命,尤其是估算承受过未知周次循环载荷（已受损）的材料剩余疲劳寿命,提出一种预测高强钢试件剩余疲劳寿命的方法。以300M钢为研究对象,在不同的循环应力水平下进行疲劳试验,所有的试验过程使用红外成像仪对试件进行全程温度监控,记录了试件在不同损伤阶段的受激温升斜率以构造包含金属疲劳热响应和疲劳寿命对应关系的“参考斜率曲面系”,并以此为依据估算剩余疲劳寿命。试验结果表明受激温升斜率与疲劳损伤状况,即试件的累计受载周次存在明显的线性关系。经试验验证,发现剩余寿命预测的误差不超过5%,说明该线性关系可作为估算剩余疲劳寿命的指标。     

基于短裂纹的 LD10CZ铝合金腐蚀预疲劳裂纹扩展

腐蚀疲劳是一种由疲劳应力和腐蚀介质共同引起的材料损伤,利用扫描电子显微镜原位观测技术对于预腐蚀LD10CZ铝合金进行了疲劳试验研究,试验结果表明腐蚀损伤强烈影响铝合金的疲劳裂纹扩展行为。     

考虑应力梯度的轮盘疲劳寿命预测

考虑应力梯度和尺寸效应对寿命的影响,通过引入应力梯度影响因子,将缺口试件与光滑试件的疲劳寿命相关联,建立了基于Walker平均应力修正的缺口试件寿命预测模型,进而结合三维弹性有限元分析对发动机涡轮盘进行了寿命预测.结果表明:所发展的寿命模型能较好地反映影响疲劳寿命的多种因素,尤其是应力集中对试件疲劳寿命的影响,综合考虑平均应力、应力梯度和尺寸效应的轮盘寿命预测结果更接近试验值,对GH901标准试件和轮盘的疲劳寿命预测结果都在2倍分散带以内.      

加筋板在热声载荷作用下随机疲劳寿命估算

薄壁结构在热声载荷作用下的应力响应对其疲劳寿命估算有着很大的影响.给出了热声载荷作用下加筋板结构的大挠度运动方程,运用有限元方法进行数值模拟,分别计算了四边简支薄壁板与加筋板在相同有限带宽高斯白噪声载荷和变化温度下的应力响应,得到了应力时间历程、应力概率密度分布和应力功率谱密度,利用改进的雨流计数法,结合线性累计损伤理论,采用Smith-Watson-Topper（SWT）平均应力模型估算了两种结构在热声载荷作用下的疲劳寿命,并进行了比较分析.