机身蒙皮划窝对结构细节疲劳额定值的影响

飞机机身蒙皮疲劳破坏是需要重点关注的问题,为评测连接方式(沉头与平头)对其疲劳性能的影响,选取典型双剪搭接结构进行试验研究。通过试验测定结构疲劳寿命,计算得到结构细节疲劳额定值(DFR)。可以得知,沉头结构DFR值降低了约22%。利用理论方法计算结构DFR值,对比试验数据,两种方法平均误差为2.10%,验证理论方法的可靠性,为机身蒙皮结构疲劳性能的研究提供参考。计算不同蒙皮厚度下结构DFR值,得知平头结构随蒙皮厚度增加DFR值逐渐下降;对于沉头结构,蒙皮厚度太大或太小均会降低结构DFR值,选择1.5 mm、1.8 mm厚度蒙皮较合适。     

飞机中央翼前梁下缘条结构典型加工误差修理效果分析

针对飞机典型连接结构中的中央翼前梁下缘条结构,对其含典型加工误差类型及误差修理后的效果进行研究。通过耐久性分析方法分析修理后连接结构的疲劳性能,通过有限元分析计算该结构的疲劳细节额定值(DFR),并设计试验件进行对比试验验证。通过试验验证,研究含误差结构相对于原结构疲劳寿命和疲劳性能的变化。对目前飞机生产加工单位采用的紧固孔误差修理方法进行有效性判定,对误差修理方法提供理论和试验数据支持。     

两种新型铝锂合金铆接结构细节疲劳额定强度研究

针对飞机蒙皮铆接搭接结构,通过疲劳试验研究得到了两种新型铝锂合金Al-Li-S-4和2198-T8试件的细节疲劳额定值(DFR),同时借助扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生和扩展行为。研究结果表明:Al-Li-S-4铆接结构的DFR值为102.24 MPa,2198-T8的DFR值为83.09 MPa,前者的铆接疲劳性能优于后者;两者疲劳断口有较大差异,前者断口比较平坦而后者相对粗糙,前者疲劳条纹更加细密,疲劳条带间距更小。     

电镀铜薄膜疲劳性能与寿命预测

利用MMT-11N微机械疲劳试验系统对11.5 μm厚无基体支持的电镀铜薄膜试件的拉伸疲劳特性进行了试验研究。试件采用准LIGA工艺制作。试验在室温条件下进行,采用载荷控制、脉动循环加载,载荷频率为20 Hz,得到了铜薄膜光滑试件和缺口试件的S-N曲线,根据传统宏观疲劳理论确定了铜薄膜循环应力—应变曲线和应变—寿命曲线。利用修正局部应力—应变法对缺口试件的疲劳寿命进行了预测,预测寿命与试验寿命误差在3.2倍因子之内,预测结果较好地符合试验结果。试验表明,取半寿命周期的迟滞回线作为稳定迟滞回线在微机械疲劳中仍是可信的,局部应力—应变法亦可应用于微机电系统疲劳寿命预测,宏观疲劳理论在一定程度上也适合于描述微机械疲劳。     

钛合金TC11微动疲劳特性研究

以航空发动机榫连接结构微动疲劳问题的简化模型为研究对象,设计和制造了一套采用液压加载方式来实现微动疲劳法向载荷施加的试验装置,用于研究钛合金TC11微动疲劳的损伤过程,并对试验过程中在接触区域萌生裂纹的试件断口进行观测。研究结果表明:保持法向载荷恒定不变,增加轴向载荷将减少微动疲劳寿命。同样,保持轴向载荷恒定不变,法向载荷对微动疲劳寿命影响不如轴向载荷显著。另外,等效应力和滑移幅值是微动疲劳寿命的主要影响因素。     

冲击载荷下泵车底架结构疲劳累积损伤试验研究

针对泵车底架长期处于高应力幅值的交变冲击载荷下,结构产生疲劳破坏从而引发泵车倾翻的安全问题,基于随机变幅载荷下结构疲劳累积损伤理论,提出了基于有限元分析与应力试验的结构设计,以及基于全工况随机载荷谱采集处理与疲劳累积损伤试验验证评估技术的精细耐久性设计验证方法,通过底架结构应力试验与疲劳试验进行试验验证。泵车底架结构可靠,结构件平均首次故障方量大幅提升,疲劳寿命达到12.6 a,相比实际服役车辆工业考核,对产品的抗疲劳性能进行验证评估的试验周期缩短30%以上,为底架系统的减振、结构优化、提升焊接结构抗疲劳和耐久性设计水平,提供了理论与试验依据。     

基于损伤力学的某飞机构件冲击疲劳寿命预估

某飞机起落系统中某重要构件在飞机往复起落中承受循环冲击载荷作用,需对该构件的冲击疲劳强度进行分析。损伤力学方法对冲击疲劳问题来说是一种新的分析方法。首先分析构件在静载荷作用下的细节应力,判明疲劳危险点,接着分析得到危险点在冲击载荷作用下的应力响应。然后构建冲击型损伤演化方程,并识别其中的材质参数,提出将应力响应视为载荷谱的应力应变场—损伤场解耦处理方式,发展了损伤力学—有限元法,使其可用于预估构件冲击疲劳裂纹萌生寿命。而后应用该方法对构件在冲击疲劳载荷与非冲击疲劳载荷作用下的疲劳裂纹萌生寿命进行预估,得到寿命预估结果,进而比较得到冲击疲劳载荷作用下和非冲击疲劳载荷作用下构件寿命的当量关系,为该构件的等效疲劳试验提供重要参考依据。     

使用环境下民机机翼蒙皮对接结构疲劳分析

对民机机翼蒙皮对接结构进行使用环境下的疲劳分析.根据结构典型使用情况,采用细节模拟试件实验室加速腐蚀试验测定细节疲劳额定值(detail fatigue rating,DFR)地面停放腐蚀影响系数和空中腐蚀疲劳影响系数;采用腐蚀条件下的DFR方法对结构进行疲劳分析,得到疲劳裕度.在此过程中建立处理实际结构复杂使用环境的方法及由细节模拟试件试验得到的DFR腐蚀影响系数确定结构使用环境的DFR腐蚀影响系数的方法.采用机翼蒙皮对接部位模拟试件,设计完成指定使用情况所对应的预腐蚀一腐蚀疲劳交替验证试验,试验结果与分析结果基本一致,该使用环境下的疲劳分析方法可行.     

喷丸强化对2024-T351板材疲劳性能的影响

为研究喷丸强化工艺对2024-T351板材疲劳特性的影响,本文设计了一种单剪硬点多细节结构疲劳试验件,分别对基准组和喷丸强化组进行了疲劳试验。通过对比试验件疲劳寿命的对数正态分布、双参数威布尔分布拟合结果,选定对数正态分布进行分布拟合,从而获得中值寿命。经过计算,得到基于试验结果的细节疲劳额定值(DFR)。试验结果表明:试验件疲劳寿命更符合对数正态分布;基准组基于试验结果的DFR值与理论值相差不大,试验过程及结果可信,基准组DFR理论值比试验值略小,理论计算偏保守; 2024-T351板材采用喷丸强化工艺后,疲劳性能相比基准组提高6%。     

基于损伤力学的疲劳寿命和裂纹扩展的数值分析

采用损伤力学理论,研究了P355NL1钢含沟槽轴对称试件在交变载荷作用下的疲劳损伤破坏过程。基于应变等效假设的疲劳损伤耦合理论和求解损伤力学问题的附加载荷有限元法,结合生死单元技术,以循环次数划分步长,建立了一种损伤力学-附加载荷-有限元法计算格式。利用ANSYS的二次开发工具APDL语言,对钢标准件的损伤破坏过程进行数值模拟计算,在得到疲劳寿命的同时,给出了不同循环次数下裂纹的扩展路径。并通过试验对计算结果进行了对比验证。     

载荷形式对疲劳寿命预测方法的影响

用力学分析方法解析了多种载荷条件下试件断面上各点应力分布规律,并根据这个分布规律由现有的大量旋转弯曲疲劳寿命实验数据推算同样材料的其他载荷形式下的疲劳寿命。同时,在旋转弯曲载荷条件下,通过建立试件表面应力应变与名义应力应变关系式,如何得出在单向拉压圆形试件名义与应力与旋转弯曲圆形试件表面应力相等时,通过试件断面上的应力梯度值和材料的静拉伸强度值,可以简便地预测出材料任何尺寸大小、一定应力水平下的疲     

变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。     

含多相似疲劳细节结构的细节疲劳额定值的估算模型

细节疲劳额定值法(DFR法)是一种已在飞机寿命估算及耐久性分析中广泛使用的结构疲劳分析方法。为了将DFR法应用于含多相似疲劳细节的复杂结构的疲劳分析,克服结构DFR值的传统评估模型的不足,以得到更准确的评估结果,分别将复杂结构考虑成一个由相似疲劳细节群组成的串联、并联或串并混合联的结构系统,依据DFR法和系统可靠性模型,建立含多相似疲劳细节结构的细节疲劳额定值的估算模型。     

大型结构部件多损伤点疲劳试验载荷等效方法研究

大型结构部件通常包含多个可能发生疲劳失效的高应力点,是典型的多点损伤结构.由于材料及结构性能具有分散性,大型结构件相当于一个串联系统,其疲劳寿命(随机变量)是由各高应力部位的寿命(随机变量)共同决定的.由于试验设施限制及加速试验的要求,试验状态下的结构部件往往无法做到与真实服役部件的加载方式及全局应力分布完全一致.在设计大型结构件疲劳试验方案时,需要全面考虑应力较高的多个部位,以保证疲劳试验结果能够客观、真实地再现服役状态下的疲劳寿命.研究基于“大型结构部件寿命概率分布-高应力点数量及寿命概率分布关系”的大型结构部件疲劳试验载荷等效变换方法,研究平均应力修正方法在疲劳试验方案设计中的应用及相关问题,阐释了将大型结构件服役中承受的对称循环载荷转换为试验时易于加载的脉动循环载荷的寿命等效原理、方法及具体计算公式.这些结果表明:通过这样的载荷转换,可以实现寿命概率分布基本等效的同时,显著提高电液伺服系统的试验加载频率(从2 Hz提高到4 Hz),缩短试验时间.     

金属构件双变量疲劳损伤模型的研究

引入描述双变量损伤条件下的本构关系,进而以热力学原理为基础,引入损伤驱动力,建立损伤演化准则。构建一般情况下的时间型损伤演化方程和循环型损伤演化方程。利用分离变量方法再对损伤演化方程积分,得到光滑试件在恒幅应变交变载荷作用下寿命预估方法。根据损伤力学守恒积分原理,得到有缺口试件在恒幅应变交变载荷作用下寿命预估方法。利用上述寿命预估方法,由KT=1与KT=3的标准试件中值疲劳试验数据确定损伤演化方程中的材质参数。在此基础上给出不同KT下的理论中值疲劳曲线,为采用损伤力学方法来描述构件的疲劳寿命提供一种可行的方法。     

DFR法在军用飞机疲劳分析的应用研究

疲劳强度设计直接影响着飞机的经济性与安全性。飞机结构疲劳分析方法分为应变疲劳分析和应力疲劳分析,当军用飞机结构疲劳关键部位应力水平不高、载荷谱中高载所对应的局部应力在材料屈服应力以下时,通常选用应力疲劳分析方法。常用的应力疲劳分析法又被称为应力法、应力严重系数法和DFR法。DFR法主要用于民用客机结构疲劳分析中,军用飞机由于使用方式不同,构成载荷谱的典型飞行任务剖面与民用客机差别较大,导致DFR法不能直接用于军用飞机机体结构疲劳分析中。针对军用飞机使用特点,对DFR法进行改造、优化,使其能够适用于军用飞机机体结构疲劳分析工作中。     

变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命分析方法

重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点,其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷,焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估,基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳寿命分析方法,即建立含有焊缝细节的中间轴焊接结构有限元模型,求解得到焊缝危险点处的结构应力分量时间历程,并在结构应力平面上合成载荷路径,求得非比例加载路径的等效应力范围,最后结合主S-N曲线确定焊接结构的疲劳寿命。采用该方法分别对中间轴焊接结构的焊根、焊趾部位进行疲劳寿命分析并与疲劳台架试验结果进行对比,结果表明：分析得到的疲劳破坏位置和寿命值与疲劳台架试验结果均有良好的一致性,且焊根与焊趾寿命分析结果间的差异与已有文献多轴疲劳试验数据相一致,说明采用多轴结构应力法对变速箱中间轴焊接结构的疲劳寿命评估是可靠的。     

高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端力学参数变化规律

为研究高频谐振式疲劳裂纹扩展试验中带有Ⅰ型预制裂纹的紧凑拉伸(CT)试件裂纹尖端力学参数的变化规律,利用动态有限元方法,采用ANSYS和MATLAB软件编写程序,计算了CT试件在高频恒幅正弦交变载荷作用下,在一个应力循环及裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域的位移、应变场及裂纹尖端的应力强度因子,并分析了其变化规律。在计算裂纹尖端应力强度因子时,首先采用静态有限元方法和理论公式验证了有限元建模和计算的正确性,然后采用动态有限元方法研究了裂纹扩展过程中裂纹尖端应力强度因子的变化规律。最后进行了高频谐振式疲劳裂纹扩展试验,采用动态高精度应变仪测量了裂纹扩展到不同阶段时裂纹尖端点的应变,并对有限元计算结果进行了验证。研究结果表明：在稳态裂纹扩展阶段,高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端位移、应变及应力强度因子均为与载荷同一形式的交变量;随着裂纹的扩展,Ⅰ型疲劳裂纹尖端的位移、应变及应力强度因子幅不断增大;静态应力强度因子有限元计算值和理论值的误差为2.51%,裂纹尖端点应变有限元计算结果和试验结果最大误差为2.93% 。     

基于局部应力应变法的桥式起重机用钢丝绳疲劳寿命估算

为保证桥式起重机的提升作业安全性,以32t×42 m双梁桥式起重机用钢丝绳为研究对象,采用局部应力应变法估算其承载从自由状态到额定载荷的两个载荷步时的疲劳寿命。通过有限元数值算法得到钢丝绳的应力分布,由此确定可能发生疲劳破坏的危险部位在钢丝绳与绳芯接触处,应力大小为1 060.3 MPa,寿命为7 233.6次。根据Manson-Coffin公式,通过平均应力修正,得到基于局部应力应变法的疲劳寿命计算模型,计算得到疲劳寿命为7 937.4次,与有限元数值算法得到的寿命相差8.87%,阐明了局部应力应变法估算钢丝绳疲劳寿命的可行性。     

铝合金点焊拉剪接头疲劳性能及寿命分析

研究了铝合金AA5754点焊拉剪接头的疲劳性能,获得了不同厚度试件的载荷寿命曲线。研究了铝合金焊点的疲劳失效模式,讨论了焊点疲劳裂纹的扩展形式,并测量了裂纹扩展路径与点焊熔核界面之间的角度。分析了点焊拉剪试件在同时承受I型和II型载荷时,疲劳裂纹的扩展方向,并与测量值进行了比较。利用疲劳破坏后沿铝板厚度方向的实际裂纹长度修正了裂纹尖端的局部应力强度因子,提出了评价焊点寿命的疲劳参量K(i),并对试验数据进行了分析比较。结果证明K(i)可以有效关联试件尺寸效应和焊点疲劳寿命,能够用于预测焊点疲劳寿命。