飞机典型连接结构多位置损伤实验设计及验证

适航要求飞机设计商需评定广布疲劳损伤(WFD)建立有效性限制(LOV),以保证飞机服役期间结构不会发生WFD而导致灾难性事故.采用三维有限元分析多位置损伤(MSD)敏感结构,通过优化试样尺寸、合理选择铆钉和螺钉,设计了搭接、对接两类共线8孔铆钉连接结构,使得同排共线孔孔边具有相似应力分布特征且偏心弯曲小,能够随机萌生疲劳裂纹.通过实验验证了这些结构疲劳实验均随机萌生多裂纹,并给出了这两类典型飞机连接结构的多位置损伤实验裂纹萌生和结构失效寿命的平均行为.     

一种计算疲劳裂纹萌生寿命的数值方法

基于连续损伤力学理论,根据概述疲劳发展的损伤演变过程,得出了疲劳裂纹萌生寿命的数值计算方法,该方法将疲劳裂纹萌生寿命分为损伤发生前的寿命和损伤演变时的寿命两部分计算,并能给出裂纹萌生长度的计算值。以ＬＹ１２铝合金作为分析对象,用该方法与断裂力学结合计算出的疲劳寿命与实验值相吻合。     

典型构件疲劳微裂纹全寿命预测方法研究

基于损伤力学理论建立金属疲劳裂纹损伤模型,结合有限元法预估疲劳微裂纹萌生及扩展全寿命。引入附加载荷法,实现了对刚度矩阵的连续计算,应用Matlab编程计算,通过对单个单元的损伤计算,得到了单元从无损到破坏过程中等效应力的变化,进而给出疲劳裂纹损伤模型,并对不同规格金属试件的疲劳寿命预估。将计算结果与试验结果进行对比,得到的相对误差在接受范围内,验证了该模型的准确性,对于研究金属试件微观损伤以及疲劳寿命预估具有重要的参考意义。     

基于能量密度法预测微动疲劳寿命

通过接触界面的应力应变场和临界平面法计算了能量密度损伤参数,结合疲劳试验得到了能量密度损伤参数-寿命关系曲线中的材料常数,建立了LZ50钢微动疲劳寿命的预测公式。根据裂纹萌生寿命预测效果,将Chen损伤值作为裂纹萌生控制参数。分析了摩擦因数、微动桥半径、循环载荷和微动桥压力对LZ50车轴钢的Chen损伤值的影响,以及CRH2型动车组空心车轴裂纹萌生的位置及寿命。     

基于动应力的地铁构架疲劳损伤与疲劳寿命计算

作为轨道车辆走行部的极关键结构,转向架构架的服役安全性受到极大重视与关注。以新设计的地铁车辆动车转向架样本构架为研究对象,基于其在位使用状态下的动应力进行疲劳损伤与疲劳寿命研究。结合车辆运行状态数据,研究构架关键部位的损伤分布特征,分析构架疲劳损伤快速累积的原因。针对样本构架关键部位：计算其裂纹萌生寿命;基于雨流计数后的应力幅子样完成应力幅分布核密度估计;建立裂纹扩展模型,采用蒙特卡洛法与反函数法计算构架关键部位不同运行里程下的累积失效概率。结果表明,构架累积失效概率随运行里程增加而快速增加,裂纹萌生后对应于97.5%可靠度的运营里程为3万km;构架疲劳寿命为裂纹萌生寿命与扩展寿命之和,97.5%可靠度下为48.39万km。研究结果为进一步提升构架抗疲劳设计、优化转向架检修周期提供研究基础。     

钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究*

钢丝微动疲劳过程中,钢丝裂纹萌生特性直接影响其裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳寿命,因此开展钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究具有重要意义。基于有限元法、摩擦学理论和断裂力学理论,运用Smith-Watson-Topper（SWT）多轴疲劳寿命准则建立考虑磨损的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,基于多种不同的钢丝疲劳参数估算方法对钢丝的微动疲劳裂纹萌生寿命进行了预测,并探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度及钢丝直径等微动疲劳参数对钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明：基于中值法的预测结果最接近实际值;在微动疲劳过程中,钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命主要与接触载荷和疲劳载荷相关。通过引入微动损伤参数建立简化的适用于钢丝绳的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,通过与考虑磨损的预测模型计算结果进行对比验证了该模型的准确性。     

某飞机机轮轮毂疲劳寿命分析的损伤力学方法

以某型飞机机轮轮毂为研究对象,对轮毂的疲劳寿命采用损伤力学方法进行分析。首先采用有限元软件Ansys对轮毂结构进行细节应力分析,结合实际情况确定其疲劳危险部位。然后采用损伤力学方法,通过引入损伤变量和损伤驱动力,构建反映材料损伤演化速率的损伤演化方程,并根据手册提供的材料疲劳性能曲线,计算出轮毂材料的疲劳损伤演化门槛值。进而根据损伤力学方法和有限元细节应力计算结果,分析轮毂危险部位的应力循环特征。最终对飞机机轮轮毂的疲劳裂纹萌生寿命范围进行判别,得到疲劳寿命符合设计要求的结论。     

微动疲劳寿命的估算方法研究

着重分析了零构件由于微动磨损而造成的疲劳失效机制,说明了在这种微动疲劳模式下疲劳寿命的组成情况,用门槛值应力公式估算了当磨蚀坑根部萌生扩展性裂纹时蚀坑的临界深度尺寸,并分析了微动裂纹尖端的应力强度因子,得出了计算微动裂纹萌生尺寸的表达式,最后用上述方法计算了螺纹联接件的微动磨损寿命与裂纹萌生尺寸,用局部应力应变法计算了微动裂纹的萌生寿命,所得到的估测寿命与试验值相符,由此可见,该微动疲劳寿命的估测方法是合理的,有效的。     

基于裂纹萌生期限的典型零件剩余寿命预测

将有限元分析方法与疲劳寿命预测相结合,以曲轴为对象,对循环载荷导致的疲劳断裂进行了研究。以实际裂纹检测精度定义的疲劳裂纹萌生极限尺寸为计算标准,通过ABAQUS有限元分析计算整体应力应变,采用子结构分析由名义载荷得出的局部最大名义应力载荷谱,结合Ohij疲劳寿命法则准确计算出裂纹萌生期限,实现了基于裂纹萌生的剩余寿命预测。     

腐蚀对新型高强度铝合金疲劳裂纹萌生机制及扩展行为的作用

根据编制的某机场环境加速试验谱,通过腐蚀试验模拟飞机服役过程中遭受的潮湿空气、盐雾、二氧化硫、酸雨和干/湿交变等严酷条件的侵蚀作用,采用飞机主承力结构新型高强度铝合金7B04-T74,制备单边缺口拉伸(Single edge notch tension, SENT)试样进行预腐蚀和疲劳试验,分析不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生、裂纹扩展行为和疲劳寿命的影响,揭示腐蚀对裂纹萌生及扩展行为的作用机理。结果表明,在腐蚀初期,疲劳裂纹萌生源主要为单个蚀孔,裂纹扩展路径较为平直;随着腐蚀程度的加重,在多个蚀孔处同时萌生多条小疲劳裂纹,萌生疲劳裂纹的蚀孔具有隧道效应,扩展路径不规则,形成“之”字形裂纹;疲劳裂纹萌生机制是材料第二相与腐蚀损伤之间相互竞争的结果;腐蚀导致疲劳寿命显著降低,尤其是裂纹萌生寿命,腐蚀12年试验件裂纹萌生寿命仅为未腐蚀试验件裂纹萌生寿命的2.2%。     

疲劳损伤演变方程与寿命估算—连续损伤力学的应用

基于连续损伤力学理论阐述了有关损伤和疲劳损伤的某些基本概念，包括连续性，损伤度，损伤演变和脆性破坏过程等。关于低周和高周疲劳，分别扼要说明了若干疲劳伤理论模型与方程。最后，依据疲劳过程中损伤演变与残余强度关系，作者建立了实用的疲劳损伤演变方程（包括四种函数形式）。     

2Cr13钢低周疲劳损伤演变规律研究

用连续介质力学理论研究了工程材料的低周疲劳损伤演变过程,在热力学基础上基于连续损伤变量Ｄ,并根据有效应力的概念,提出了低周疲劳各向同性连续损伤模型,用该模型分析了汽轮机叶片材料２Ｃｒ１３钢在控制应变低周疲劳过程中的损伤演变律,模型得到了实验的验证,损伤变量选择了方便测量的循环应力与初始应力之比与１的差,模型中的参数具有明确的物理意义,而且测量容易,文中还对不同循环下的疲劳试样的微观组织结构进行了透     

基于疲劳性能的热损伤巴氏磁参数表征

通过对不同程度激光烧伤的4340M钢试样进行巴克豪森磁信号测试和旋转弯曲疲劳试验,获得了基于疲劳寿命缩减的热损伤程度磁参数评判指标。研究结果表明,烧伤区巴氏磁参量的变化量与疲劳寿命的缩减相对应,且这种变化量与低应力区寿命缩减的对应关系更为显著。同时,巴氏磁参量的变化量与疲劳强度缩减系数线性相关,表明巴氏磁参量的变化量不但能可靠表征热损伤的程度,而且能方便地预测热损伤后的疲劳强度。     

齿轮弯曲疲劳可靠度的计算方法

用一个新的基本观点－把齿轮弯曲疲劳失处理成随机事件，以这个随机事件为研究对象，用齿轮弯曲疲劳的疲劳损伤强度ＫＷ和总疲劳损伤量ＤＷ描述弯曲疲劳失效随机事件，得出用概率描述的弯曲疲劳的疲劳累积损伤模型，用这个计算模型，提出了计算齿轮弯曲疲劳可靠度的计算方法。     

桥式起重机疲劳寿命预测

对某企业使用多年的桥式起重机进行了主梁疲劳寿命分析,这对于减少疲劳破坏事故的发生,以及指导起重机的设计、制造、检验、管理与故障分析都具有重要的意义.     

疲劳损伤件中间退火修复后的微观变化

对 40 Cr钢经淬火和高温回火的试样在恒应变ε=± 0 . 5 %下进行了疲劳寿命测定 ,并与相同加载条件下 ,不同疲劳损伤程度而经过中间退火修复后的疲劳寿命进行了对比 ,发现经过中间退火修复后 ,极限强度下降不超过 7% ,但疲劳总寿命是原来未经退火修复的二倍。修复效果和延寿效果与循环应变量和循环周次有关     

疲劳损伤状态的等效性

从疲劳过程的宏观，微观两个方面分析，论证了疲劳损伤的等效性问题，本文进行的确定“等效循环数”的疲劳试验，确定传统的“等效损伤状态”下Ｓ－Ｎ曲线（应力－剩余寿命曲线或称剩余Ｓ－Ｎ曲线）的剩余寿命试验和考察高－低，低－高不同加载顺序下疲劳损伤累积规律的试验，都证实了不存在一般意义上的“等效损伤状态”的观点。     

自增强疲劳寿命的理论分析

自增强处理是化工、石油行业提高高压设备承载能力和疲劳寿命的重要举措。文中利用断裂力学理论和疲劳损伤理论,探讨研究了自增强处理后残余应力对高压设备寿命的影响,得出引入残余压应力能提高高压设备寿命的结论,对今后在自增强处理方面的实验与理论研究具有指导意义。     

Nonlinear cumulative damage model for multiaxial fatigue

On the basis of the continuum fatigue damage theory, a nonlinear uniaxial fatigue cumulative damage model is first proposed. In order to describe multiaxial fatigue damage characteristics, a nonlinear multiaxial fatigue cumulative damage model is developed based on the critical plane approach. The proposed model can consider the multiaxial fatigue limit, mean hydrostatic pressure and the unseparated characteristic for the damage variables and loading parameters. The recurrence formula of fatigue damage model was derived under multilevel loading, which is used to predict multiaxial fatigue life. The results showed that the proposed nonlinear multiaxial fatigue cumulative damage model is better than Miner’s rule.     

珠光体球墨铸铁损伤力学性能的研究

利用损伤力学原理，研究了球光体球墨铸铁在疲劳和拉伸载荷作用下的损伤演变规律。结果表明：珠光体球墨铸铁在循环应力作用下，损伤变量呈指数规律变化；当拉伸应力大于损伤阈值后，损伤变量随应力的提高而增加，且球化率愈低，增加愈快；损伤阈值低于屈服强度，随球化率呈直线增加。