自紧载压低温处理厚壁圆筒的强度及疲劳寿命研究

将6支中小尺寸模拟管进行自紧载压低温处理,对3支精加工前后的小尺寸模拟管和3支精加工后的中尺寸模拟管分别进行弹性强度测试,将具有内表面预制裂纹的6支中小尺寸模拟管进行液压循环疲劳寿命试验。结果表明:当壁厚比为1.768、自紧度为0.8、模拟管材料屈服强度Rr0.1≥1 200 MPa时,精加工后模拟管实测强度为700~721 MPa(自紧压力为756~792 MPa);在循环压力600MPa下,6支模拟管都以穿透型形式泄漏破坏,最终疲劳寿命为2504~3499次。     

自紧厚壁圆筒静压强度模拟试验研究

介绍38CrNi3MoV钢制厚壁圆筒模拟管的试制过程,对6支厚壁圆筒模拟管进行液压自紧和静压强度模拟试验。结果表明:在壁厚比1.6和1.65、自紧压力720～780 MPa、材料强度Rr0.1≥1 280 MPa条件下,采用液压自紧工艺后6支厚壁圆筒模拟管实测静压强度达520～575 MPa,实测静压强度为理论静压强度的70%～76%。     

基于蒙特卡洛模拟的身管疲劳寿命加速试验与分析

为解决身管疲劳寿命试验时间长、费用高等问题,提出对身管进行加速寿命试验。基于蒙特卡洛方法对身管疲劳寿命的加速试验进行模拟,得到身管疲劳寿命的分布规律,同时对加速试验的基本假设进行验证,并估计出加速模型的参数。研究表明,身管的疲劳寿命在不同加速应力水平下均服从对数正态分布,加速因子与应力水平呈指数关系,通过加速模型估计的正常应力水平下身管疲劳寿命值与试验值之间的误差较小,验证了身管疲劳寿命加速试验的可行性。该研究为今后开展身管疲劳寿命的加速试验以估计身管疲劳寿命提供了一种理论方法。     

循环载荷下HTPB推进剂温度演化及疲劳性能预测

通过红外热像法研究了端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂试件室温下的疲劳性能,基于极限能理论假设,建立了Miner线性累积损伤理论的能量模型以预测材料的残余寿命。采用基于热传导、热弹性和非弹性效应的理论模型解释了疲劳加载过程中的温度变化。结果表明,HTPB推进剂疲劳加载过程中的温度变化分为初始温度上升、温度稳定和温度快速上升三个阶段。红外热像法预测的HTPB推进剂疲劳极限为0.102 MPa和0.113 MPa,与试验结果 0.0985 MPa的相对误差为3.55%和14.7%。能量法得到的S-N曲线与传统试验法的S-N曲线吻合较好,Miner理论的能量模型能准确的预测循环载荷作用下HTPB推进剂的残余寿命,与实际寿命的误差不超过10%。     

某涡轮叶轮强度振动寿命分析与评估

针对某型飞行器使用的高负荷涡轮增压器,对其涡轮关键件进行强度振动寿命的计算分析,并从力学角度对结构设计进行评估。研究结果表明,涡轮叶轮应力幅值区出现在进气端盘轴连接处,静强度安全系数为1.9,满足静强度设计要求;涡轮叶轮在工作转速下,具有不低于15%的共振裕度,满足动力学设计要求;涡轮叶片对应无限循环疲劳寿命的许用振动应力为116.4 MPa,可以确保其在各工况下满足可靠性设计要求;在标准飞行剖面下,叶轮寿命为5494次工作循环,满足寿命要求。     

高强化柴油机活塞加速热疲劳与等效寿命评估方法

针对高强化柴油机中的活塞在实机状况下热疲劳寿命难预测的问题,提出采用加速热疲劳方法的部件模拟试验寿命来预测活塞的实机寿命。基于临界面法,循环计算得到活塞在实机工作条件下和部件模拟条件下的仿真寿命结果,并运用活塞加速热疲劳试验数据对仿真的寿命数据进行验证,得到的寿命仿真计算值与试验值一致性较好,验证了临界面法的精确性;通过损伤等效分析,确定活塞实机标定工况下的寿命与台架寿命之间的关系;采用非线性拟合的方法,得到部件模拟条件试验条件下循环寿命与加载时间、最高温度之间的关联式。研究结果表明：在实机工况和部件模拟试验条件下,仿真计算得到活塞最先发生疲劳破坏的位置为喉口区域,说明二者的失效区域和失效特征具有一致性;在活塞喉口最高温度为408.6 ℃时,得到活塞实机标定工况下的寿命是部件模拟条件下的21.2倍;在活塞部件模拟条件下,最高温度相同时,活塞寿命随加热时间的减小而减小;加热时间相同时,活塞寿命随最高温度的增加而减小;根据拟合的关联式,得到活塞发生破坏时的活化能为61.5 kJ/mol。     

G4335V钢低周疲劳特性的试验

通过对国产和进口的火炮身管材料G4335V钢低周疲劳性能的试验研究,得出了该材料为循环软化材料。国产管含镍量大于进口管,因而它的低周疲劳性能也较好。循环应力-应交关系与应变-寿命关系中的六个常数不是独立的,存在着一定的相关关系。试验表明计算值与实测拟合值吻合颇好。过渡寿命值N_T是低循环疲劳关键指标,对钢而言约在10_-~2～10~3之间,并非均大于10~4。因此设计时采用实测结果是有效利用材料、确保安全的重要一环。     

膜片式金属膜盒充放气过程结构仿真分析

为了研究保险阀膜片式金属膜盒在充放气过程中的受力情况及作用机理,并分析各因素对其疲劳特性的影响,基于Abaqus结构仿真软件开展二维轴对称仿真研究.通过静力分析得到充放气单个循环破裂位置的应力变化曲线,使用雨流计数法分解为多个子循环,基于应力疲劳分析方法计算寿命试验次数下破裂位置的疲劳损伤.计算结果表明,限位行程为0～2mm的膜盒疲劳寿命低于限位行程0～4mm状态;相对于拉伸校型,压缩校型使得膜盒疲劳寿命降低更加明显.在工程应用中,适当增大限位行程、避免膜片组校型可以提高金属膜盒疲劳寿命.     

基于动态特性分析的复进簧寿命预测

多股复进簧是自动武器的关键部件,为提高复进簧设计水平,就必须深入研究多股复进簧动态特性与疲劳寿命预测。针对某航空机枪多股复进簧进行研究,采用ABAQUS进行有限元仿真、时域分析和应力谱分析,同时基于动态特性分析进行Miner理论工程计算和n Code数值仿真计算,分别对多股复进簧进行疲劳寿命预测。研究结果表明,后坐阶段复进簧固定端应力在18 ms达到最大值519. 4 MPa,复进阶段复进簧固定端在38 ms达到最大值705. 2 MPa,通过时域分析可知,复进簧固定端最有可能出现疲劳失效; n Code仿真中,复进簧复进后坐一次产生疲劳损伤最大值为5. 074×10-5,其最小循环次数为19 708次,与工程计算中50%可靠度下的预测值接近,符合一般试验情况。此方法对自动武器其他机构的疲劳分析具有指导意义,对其他类弹簧或火炮复进簧寿命研究也具有借鉴意义。     

氧化铝陶瓷缺口件循环疲劳及断裂机理

用实验方法研究了Ａｌ＿２Ｏ＿３陶瓷缺口试件在循环载荷作用下的疲劳寿命。结果表明，缺口导致的应力集中效应显著降低了循环疲劳寿命；若用缺口根部最大应力为应力水平，则不同缺口半径陶瓷试件具有相同疲劳断裂规律，说明陶瓷材料的疲劳集中系数和理论应力集中系数相同。本文还分析讨论了陶瓷材料的循环疲劳寿命表达式和循环疲劳断裂机理。     

球形DDNP制备方法的改进研究

为了改善现有DDNP的质量,提高其流散性、耐压性,采用硫化钠直接还原苦味酸,代替传统的碳酸钠中和、硫化钠还原制取氨基苦味酸钠,采用自主研制的F-1晶形控制剂代替传统的连苯三酚,并且循环使用部分废水,制备出了球形DDNP.结果表明,新制备的球形DDNP的平均粒径大于350μm,表观密度为0.75～0.90g/cm~3,其耐压性大于40MPa,流散性好,对RDX的极限起爆药量为0.15g;并且,DDNP得率提高4%～8%,达到64%～65%(以苦味酸作为分母),产品的总废水量降为70～85kg/kg(以DDNP作为分母).     

枪口压力对水下发射膛口流场特性的影响

为了研究机枪水下发射枪口燃气喷射压力对膛口流场分布特性的影响,基于流体计算软件FLUENT,采用结构化网格并结合动网格技术,建立了水下枪膛口流场二维轴对称仿真模型,针对14.5 mm水下枪,分别采用30 MPa、45 MPa和60 MPa燃气喷射压力对水下密封式发射膛口流场进行了数值模拟。计算结果表明:3种枪口喷射压力条件下,火药燃气喷出膛口后都迅速形成射流膨胀区,膛口轴向压力急剧衰减,燃气扩展过程中受到水和弹丸的较大阻力,在弹后空间聚集,使得压力有不同程度的升高; 燃气喷射压力在30～60 MPa范围内,膛口马赫盘初步形成的时间略有不同,约在145～152 μs之间,压力越小时,马赫盘形成越早且弹丸越早脱离火药燃气的包围; 3种压力条件下马赫盘距离膛口中心位置随时间的变化都呈指数分布规律。     

基于动态扭矩测试的综合传动系统主轴低周疲劳寿命预测与验证

为解决履带车辆综合传动系统主轴低周疲劳失效的问题,开展主轴疲劳样件检测及材料力学性能测试。通过实车测试获得主轴动态扭矩,在此基础上,建立主轴弹塑性有限元模型并预测主轴的低周疲劳寿命;进一步开展主轴低周疲劳台架试验,对寿命预测方法进行验证。研究结果表明：履带车辆在起步阶段下的冲击扭矩是造成综合传动系统主轴低周疲劳的主要载荷;由于双侧非对称的结构特点,导致主轴右侧冲击扭矩均值是左侧的1.54倍;主轴最大Mises应力为1 510 MPa, 最大应变为0.008 692 3,均发生在右侧输出花键与过渡圆弧交界位置的齿根处,与主轴疲劳断裂位置一致;实车条件下主轴能承受冲击扭矩的次数为17 082次;台架试验获得的主轴能承受冲击扭矩的次数为5 000,预测获得的主轴能承受冲击扭矩的次数为5 843次,仿真结果与试验结果基本吻合,验证了低周疲劳寿命预测方法的可行性。     

工程机械用800 MPa低合金高强度钢焊接接头低周疲劳性能研究

针对大型工程机械用800 MPa低合金高强度钢及其焊接接头,进行低周疲劳性能研究。试验在常温下进行,对称三角波加载。试验结果表明,母材两个轧制方向的应变疲劳寿命没有明显差别,焊接接头的疲劳寿命偏低。焊接接头的局部软化是应变集中,导致应变疲劳寿命降低的主要原因。应变疲劳断口有明显的条纹特征,母材疲劳断口上伴有与条纹平行的二次裂纹,焊接接头的疲劳断口条纹清晰且宽度较细。试验确定的循环应力应变特性参数和应变疲劳寿命参数有明显的相关关系。     

超细晶粒形变热处理67B及72A钢丝的研究

研究了采用预冷变形快速加热与低温形变热处理复合强化工艺处理的６７Ｂ及７２Ａ钢丝的组织与性能。结果表明：经过该工艺处理的６７Ｂ及７２Ａ钢丝晶粒度大于ＡＳＴＭＮｏ．１１．０级，对于３．５ｍｍ的钢丝，可获得σ＿ｂ＝１７５０～１９５０ＭＰａ，＞４５％，ｎ扭＞５，自身缠绕合格的超高强塑性能。不同工艺制做的该钢丝弹簧，在ｔ＝８０℃，τ＿０＝８００ＭＰａ的高应力作用下，工作１０年后的负荷损失率不大于７．４３％。测定了该钢丝弹簧的Ｇｏｏｄｍａｎ曲线，超细晶粒形变热处理６７Ｂ及７２Ａ钢丝弹簧的疲劳强度不低于世界先进国家同类弹簧水平。分别采用ＴＥＭ和ＳＥＭ进行组织结构分析和断口分析。     

点火药盒开孔大小对点火燃气内流场特性影响

为了保证阶梯多根的装药设计形式的火箭发动机点火过程的安全性与稳定性,研究了不同开孔大小点火药盒的火箭发动机点火过程的流场特性。采用FLUENT计算软件对不同开孔大小点火药盒的火箭发动机点火过程的内流场进行了三维数值仿真,分析了点火药盒开孔大小对点火过程流场特性的影响。不同开孔大小点火药盒的输出压强都大约在4 ms时达到最大,开孔面积占点火药盒端面积百分比为2.5%、3%、3.5%的3种工况分别对应的最大输出压强约为54.8 MPa、44.6 MPa、32.9 MPa; 3种工况下燃烧室压强达到6 MPa时为推进剂点燃的压强,开孔面积百分比2.5%的点火药盒为6.6 ms,开孔面积百分比3%的点火药盒为7.1 ms,开孔面积百分比3.5%的点火药盒为8.2 ms。点火药盒开孔面积越小,所对应的输出压强越大,所需要达到推进剂点燃压强的时间越短。研究结果可为类似结构的固体火箭发动机点火试验点火药盒的设计提供参考。     

用有限单元法计算厚壁圆管疲劳寿命

用二维有限元计算应力强度因子的近似值,通过修正系数F的修正得到较精确的应力强度因子KI。利用Paris方程作为厚壁园管内表面裂纹扩展速率模型并给出方程系数,从而计算了厚壁圆管内表面裂纹扩展深度与压力循环次数的关系,计算结果与实验结果相吻合。在此基础上,计算实验模拟管的疲劳寿命,给出了压力-疲劳寿命关系曲线;最后,给出了具有内表面裂纹的高压厚壁圆管的疲劳寿命的保守计算。     

电磁铆接工艺在机翼整体油箱上的应用

针对锤铆、压铆工艺存在的不足,通过干涉量分布、疲劳寿命和气密耐久性等试验对几种典型铆接工艺进行对比,表明电磁铆接工艺不仅保证了较高的疲劳寿命,改善了劳动条件,提高了生产效率,而且能较好地满足气密性要求。在此基础上,制作了油箱试验件,测得实际检漏条件下的各漏源的漏率不大于10 -6 Pa．m3/s.该研究对于提高机翼整体油箱的制造质量具有重要应用价值。