加筋板多处损伤疲劳裂纹扩展研究

给出加筋板多处损伤裂纹扩展的预测计算和试验,其目的是研究飞机真实结构--加筋板多裂纹扩展的预测计算方法.用Walker裂纹扩展方程和Willenborg-Chang裂纹扩展模型为根据,并在每个载荷循环都考虑裂纹之间的相互影响.用循环接循环进行裂纹累积,用虚拟施加剩余强度载荷和裂尖韧带塑性区连通判据确定临界裂纹尺寸.文中给出典型随机谱下加筋板多裂纹扩展计算预测,并给出初始裂纹和剩余强度载荷的改变对临界裂纹尺寸和扩展寿命的影响,也给出在恒幅谱及程序块谱载荷下加筋板多裂纹的扩展试验以及试验与计算的比较.     

加筋板广布疲劳损伤的剩余强度分析

给出加筋板广布疲劳损伤的两种损伤类型和两个剩余强度判据,剩余强度判据是净截面塑性区屈服判据和裂尖韧带屈服判据.给出蒙皮带有多裂纹和蒙皮带有多裂纹且桁条也带有裂纹时应力强度因子的近似工程估算方法.文中也给出加筋板含多裂纹时剩余强度净截面塑性区屈服判据和裂尖韧带屈服判据的表达式及塑性区尺寸估算方法.对三种损伤的加筋板进行剩余强度试验,指出多裂纹尤其是桁条也带裂纹时剩余强度降低较多.用上述两种判据进行加筋板广布疲劳损伤剩余强度预测,预测结果和试验结果比较符合.     

应力比影响下的铝合金全范围疲劳裂纹扩展速率表达式

通过试验测得T851处理的2124铝合金板TL取向与LT取向不同应力比时的裂纹扩展门槛值及裂纹扩展速率;将应力比影响下的有效应力强度因子ΔKeff、有效裂纹扩展门槛值ΔKeffth及裂纹在循环应力作用下的临界应力强度因子K′C引入全范围裂纹扩展速率表达式中,并用修正后的公式对不同应力作用下2124铝合金TL取向与LT取向的疲劳裂纹扩展速率进行了预测。结果表明:预测结果与试验结果基本吻合,说明修正后全范围裂纹扩展速率表达式可以用来描述2124铝合金裂纹扩展速率。     

航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳裂纹扩展行为研究

材料的疲劳寿命由裂纹形成寿命和扩展寿命两部分组成。针对航空发动机涡轮盘用GH4133B合金,进行室温下不同应力比的疲劳裂纹扩展试验,测试疲劳裂纹扩展门槛值。Paris公式回归分析结果表明,裂纹扩展速率随应力强度因子和应力比的增大而增大,含门槛值的修正Paris公式能精确描述疲劳裂纹扩展行为。利用光学显微镜在线观测裂纹扩展路径,并利用扫描电镜考察试样断口微观形貌。结果发现,随应力强度因子增大,裂纹扩展路径由平直变得曲折。在疲劳裂纹萌生区、稳定扩展区和快速扩展区,断裂表面依次呈现为解理断裂、疲劳条带和沿晶韧窝混合断裂模式。基于断口反推理论反推载荷和裂纹扩展方程,结果表明,利用反推方程预测疲劳裂纹的扩展,可有效防范疲劳断裂的发生。     

应力场强计算裂纹应力强度因子的方法研究

探讨通过应力场强得到应力强度因子的方法,并以典型的四类平面裂纹状态为例,着重探讨各类平面裂纹如何应用该方法计算应力强度因子.结果显示,所提方法能快速地求解各类裂纹布置的应力强度因子,可为断裂力学中裂纹扩展、断裂判断问题以及疲劳多裂纹问题的研究提供良好的支持.     

圆柱直齿轮齿根裂纹扩展路径仿真及其影响因素分析

齿轮在工作中承受交变载荷的作用,会在齿根产生疲劳裂纹等故障,裂纹发生扩展不仅会影响传动精度,甚至可能造成重大的安全事故与经济损失,因此,亟需开展对齿根裂纹扩展演化规律的研究.为此,利用复变函数法构造Westergaard应力函数,分析了裂纹尖端复杂的应力场问题,并依据最大周向拉应力强度因子理论确定裂纹扩展临界条件;结合裂纹扩展过程中裂纹尖端不连续和奇异性问题的实际复杂情况,对扩展有限元法进行修正,建立了齿根裂纹扩展的有限元模型.研究计算裂纹成核点位置和齿轮基体结构中腹板外径、腹板孔与成核处对应位置关系的裂纹扩展路径,得到了不同影响因素的裂纹扩展规律并验证了修正有限元模型的准确性和有效性.研究结果进一步丰富了齿根疲劳裂纹扩展演化机理的研究.     

直齿轮弯曲疲劳裂纹的扩展行为预测与分析

以渐开线圆柱齿轮为研究对象,在其齿根部存在初始裂纹的前提下,研究齿根疲劳裂纹扩展特性及其寿命;将齿轮啮合过程的动力学计算等效为多个啮合位置的静力分析,得到不同位置的应力强度因子;根据线弹性断裂力学,将裂纹扩展过程线性等效,以K判据分析裂纹是否发生扩展,根据Paris准则计算裂纹扩展量,采用最大周向应力准则确定裂纹扩展角度,得到整个计算周期的应力强度因子、疲劳裂纹扩展路径及疲劳寿命;采用高频试验台对齿轮进行疲劳试验,得到齿轮的疲劳扩展路径,与有限元计算结果进行对比验证;最后分别分析了初始裂纹的尺度、位置和载荷的不同对疲劳裂纹的扩展及疲劳寿命的影响。     

应力比对ST 12低碳钢疲劳裂纹扩展速率的影响

在不同应力比(R=0.2,-0.3,-1)下对ST12低碳钢板进行疲劳裂纹扩展速率测试,采用Newman裂纹闭合模型分析得到了以有效应力强度因子范围进行表征的裂纹扩展速率曲线。结果表明:不同应力比下ST12低碳钢板的疲劳裂纹扩展速率均随着裂纹长度的增加而增大;当应力强度因子范围一定时,裂纹扩展速率随着应力比的增加而增大;ST12低碳钢断裂时的应力强度因子范围随着应力比的增加而降低;以有效应力强度因子范围表征裂纹扩展速率时,不同应力比下的裂纹扩展速率曲线基本一致,裂纹闭合是导致不同应力比下裂纹扩展速率差异的主要原因。     

非共线复合型裂纹扩展特性分析

以带多点损伤的空孔板为研究对象,利用数值分析法分析裂纹起裂位置和裂纹倾斜角对应力强度因子的影响,对比了共线多裂纹与非共线复合型裂纹起始扩展速率和扩展寿命的差异。结果表明:非共线复合型裂纹起始扩展速率偏大,裂纹扩展寿命缩短约2.5%。在非共线复合型裂纹模型中,随着裂纹倾斜角增加,等效应力强度因子先增大后减小,且在15°时,整体裂纹扩展速率达最大值。相邻孔间裂纹的相对位置和相对方位影响裂纹的扩展路径,进而影响裂纹扩展寿命。     

轻型商用车少片钢板弹簧疲劳裂纹扩展研究

通过商用车实车道路试验,对少片钢板弹簧型疲劳裂纹扩展进行研究.经减速带冲击工况试验得到板簧应力和疲劳裂纹扩展速率最大处,用此位置和距中心螺栓孔16mm处粘贴的应变片实时采集板簧应力,同时使用位移传感器实时采集中心螺栓孔相对车架位移.基于裂纹尖端附近应力场及应力强度因子的方法对数据进行分析,最终完成7种工况的实车道路试验.结果表明:距中心螺栓孔116mm处的疲劳裂纹扩展速率较大,与此类钢板弹簧容易发生疲劳故障的位置吻合.通过理论分析与试验验证此方法可以应用于板簧裂纹扩展速率预测.     

一种多裂纹应力强度因子计算的新方法

提出一种多裂纹应力强度因子计算的新方法--复合法(亦称修正系数相乘法),该方法的目的是为了建立一种多裂纹结构复杂应力强度因子的简单计算方法.该方法是根据不同结构承受相同载荷,其应力强度因子用相乘原理,且多裂纹结构可以分解为若干简单情况.实际上,这种方法是多裂纹应力强度因子的修正系数由各简单情况的修正系数相乘得到.文中给出三个计算例题,用组合法和复合法进行计算比较.计算结果表明,复合法计算更简单、方便和直接,两种方法计算得到的结果非常接近.     

有限板多孔MSD的应力强度因子计算

首先阐明组合法求解有限板多孔MSD( multiple site damage)应力强度因子的基本原理,然后就组合法运用中比较难以解决的多孔边裂纹间的修正系数问题,提出一种基于复变函数法的有效解决方法.将完善后的组合法应用于有限板多孔MSD应力强度因子的求解,计算某型飞机典型铆接壁板无主裂纹和含主裂纹两种情况的数值算例.通过与有限元结果的比较可知,该方法的计算结果精确、可靠,计算过程简单、易行.提出的近似解析方法能很好地应用于任意分布的有限板多孔MSD裂纹结构,在工程断裂问题中有较好的应用价值.     

研究冷挤压孔附近残余应力强度因子分布的激光散斑—权函数混合法

根据确定裂纹应力强度因子权函数法基本理论的特征，提出实验力学－权函数混合法的构想，为解决更复杂和三维问题等难提供一种有效的新途径。用激光散斑－权函数混合法研究了冷挤压孔附近残余应力强度因子的变化规律，得到的结果对冷挤压孔加工工艺中控制裂纹长度，提高构件的疲劳寿命和可靠性设计可起到指导性的作用。     

压弯组合应力下高强钢焊接板表面裂纹疲劳寿命计算

潜艇上浮下潜运动使得其耐压壳承受交变的外压载荷。潜艇耐压壳的疲劳热点为锥一柱过渡结构连接焊缝焊趾处，该处所受的应力特征为压弯组合应力。压弯组合应力下表面裂纹应力强度因子及其疲劳寿命的计算尚无报道。弄清楚压弯组合应力作用下带表面裂纹焊接板试件的疲劳特性对潜艇等结构的疲劳研究是必要的。文中提出用成一定角度的对接焊板试件和轴向加载获得压弯组合应力来模拟潜艇耐压壳锥一柱焊接结合区的应力特征的实验方法。用980高强钢作试件，研究焊趾处预制表面裂缝，并在压弯组合应力为特征的疲劳载荷作用下表面裂纹的疲劳行为。给出高强钢焊趾表面裂纹在压弯组合应力下应力强度因子及其疲劳寿命计算式。该结果可供海洋平台、压力容器及管道的某些受力特征为压弯组合应力的重要结构的疲劳设计时参考。     

Calculation of the residual strength of stiffened structures

A method for calculating the residual strength of a stiffened structure (panel) taking into account the stable growth of a crack is presented. The use of the R curve of material is based on experimental data. Calculated results are compared with experimental data.     

三维多裂纹应力强度因子的有限元分析

多处损伤和广泛分布疲劳损伤是影响军用老化飞机结构完整性的主要因素之一。三维裂纹前缘应力应变场很复杂 ,除个别理想情况外 ,绝大部分迄今为止无解析解。采用三维 2 0节点等参单元 ,运用ANSYS软件 ,对含半椭圆裂纹的半无限大体进行有限元分析 ,得到裂纹前缘各点的应力强度因子 ,通过对计算结果的分析 ,讨论裂纹长度、裂纹间距比、裂纹前缘位置对应力强度因子的影响以及多裂纹之间的相互影响 ,计算结果和手册的理论值比较表明 ,数值结果准确、方法可行     

典型机翼整体壁板止裂特性分析及优化设计

通过断裂力学的方法,应用大型有限元软件,分析典型加筋机翼整体壁板几何参数对止裂特性的影响.对各种参数下多筋条铝合金整体加筋壁板,裂纹从断裂筋条下向两侧均匀扩展的开裂模式,进行剩余强度的计算.采用遗传算法对典型加筋整体壁板参数进行优化设计,该计算与设计是根据中心加强件断裂的蒙皮双跨裂纹最大损伤范围的建议进行的.其能找出满足裂纹处在双跨筋条间距以内被有效止裂的条件下,使结构重量最轻的参数,为保证剩余强度下进行结构减重设计提供参考.     

用推广的片条合成法求解工程复杂结构三维裂纹应力强度因子

应用推广的片条合成法 ,计算工程复杂结构三维表面裂纹的应力强度因子 ,并分析和讨论拟合片条位移鉴定点的取法对应力强度因子的影响。同时 ,得到具有工程参考价值的计算公式、结果和结论     

Three-steps-meshing based multiple crack identification for structures and its experimental studies

Multiple crack identification plays an important role in vibration-based crack identification of structures. Traditional crack detection method of single crack is difficult to be used in multiple crack diagnosis. A three-step-meshing method for the multiple cracks identification in structures is presented. Firstly, the changes in natural frequency of a structure with various crack locations and depth are accurately obtained by means of wavelet finite element method, and then the damage coefficient method is used to determine the number and the region of cracks. Secondly, different regions in the cracked structure are divided into meshes with different scales, and then the small unit containing cracks in the damaged area is gradually located by iterative computation. Lastly, by finding the points of intersection of three frequency contour lines in the small unit, the crack location and depth are identified. In order to verify the effectiveness of the presented method, a multiple cracks identification experiment is carried out. The diagnostic tests on a cantilever beam under two working conditions show the accuracy of the proposed method: with a maximum error of crack location identification 2.7% and of depth identification 5.2%. The method is able to detect multiple crack of beam with less subdivision and higher precision, and can be developed as a multiple crack detection approach for complicated structures.