变幅中载条件下的疲劳寿命预测

在疲劳累积损伤分析的基础上得出了对数累积损伤模型，阐明了变幅加载条件下疲损伤的累积特征和寿命预测方法，对数累积损伤模型作为一个失效判据，已在某中口径自动舰炮输弹簧疲劳寿命预测中得到较满意的应用。研究表明，应国水平改变时，损伤因子Ｄ发生不连续变化导加载顺序效应的重要原因。     

基于能量耗散率的NEPE推进剂疲劳损伤分析

为研究NEPE推进剂在应变加载条件下的疲劳损伤演化,基于循环加载过程中的推进剂耗散能变化,利用能量耗散变化比对推进剂疲劳过程进行分析。通过4个应变幅值进行了单轴拉伸疲劳试验,得到不同应变幅值下NEPE推进剂疲劳寿命,并得到在不同加载周次下的耗散能。结果表明,这种能量法能够以直观的方式解释疲劳损伤过程中损伤的累计,在对数坐标下耗散能变化比的稳定值与疲劳寿命呈明显的线性关系,稳定值随初始加载应变幅值的增大而增加。当加载应变增大时,材料稳定段相邻加载间损伤累计越快,疲劳寿命相对减小,也解释了2次循环加载间损伤发展的原理。     

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%。     

基于镀层界面剪切疲劳损伤的枪管寿命预测研究

为研究枪管内膛损伤机理、提高枪管寿命,提出了基于枪管镀层界面剪切疲劳损伤累积的枪管寿命预测方法。根据身管镀层剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,建立了热压耦合应力作用下的枪管镀层界面剪切失效模型。以某5.8 mm小口径步枪枪管为研究对象,计算一个冷却周期150发 弹连续射击过程中的枪管界面剪切应力,结合随温度变化的枪管材料抗拉强度数据对枪管寿命进行了预测。研究结果表明：预测结果与寿命试验结果高度吻合,验证了寿命预测模型的可行性与正确性;以镀层界面剪切疲劳寿命来预测枪管寿命是有效的,镀层界面剪切疲劳失效是导致枪管寿终的重要原因。     

基于铬层与基体结合部疲劳损伤的转管机枪身管寿命预测研究

为预测身管寿命,采用热-固耦合场理论、冲击疲劳理论和疲劳累积损伤理论,提出基于身管铬层与基体结合部疲劳损伤的身管寿命预测方法。以3管转管机枪的身管寿命为例,建立有限元模型,计算铬层与基体结合面的耦合应力,预测身管寿命,理论计算与试验结果进行了对比,数据基本吻合;分析身管镀铬层厚度对身管寿命的影响。研究结果表明：铬层与基体结合部的疲劳损伤寿命基本决定了身管的寿命,证明所提寿命预测方法是可行的;适当增加镀铬层厚度,可以提高身管寿命。     

LZ50钢在超高周疲劳条件下Coaxing效应的研究

利用超声疲劳试验设备对LZ50钢进行变幅疲劳性能的研究同时用扫描电子显微镜(SEM)观察分析了疲劳断口的形貌特征。试验采用荷载步线型累加的加载形式,选取最大荷载σhigh为390 MPa。结果表明:经过小荷载作用后的实验材料其疲劳性能有显著增强,表现出明显的Coaxing效应;引入强化因子对Palmgreen-Miner累积损伤准则进行修正,经修正后的Palmgreen-Miner累积损伤准则能较好地预测材料使用工况下的变幅寿命。     

基于耗散能原理的冲击损伤与疲劳损伤耦合分析

对液体橡胶基混凝土(LRBC)材料进行了压缩疲劳和冲击循环交叠加载,测量了弹性模量随着加载试验的变化情况。考虑到累积耗散能对于疲劳损伤可以看成是一个独立的因素,采用耗散能的累积定义损伤,对加载过程中的冲击损伤和疲劳损伤进行了耦合分析。结果表明:冲击损伤和疲劳损伤是相互耦合的;冲击损伤对疲劳损伤的扩展产生了明显影响。     

基于应力交互作用的超高周疲劳寿命估计方法

为研究50CrVA高强弹簧钢在变幅荷载作用下的超高周疲劳破坏行为及其裂纹萌生机理,利用超声疲劳试验机对50CrVA弹簧钢进行两级加载实验。得到超高周变幅疲劳性能,并基于Miner法则提出一种适用于超高周疲劳的寿命预测方法。该方法引入应力交互作用影响因子的概念,将预加载对剩余疲劳寿命的影响分为强化和损伤两部分,并分别给出两种影响因素的表达形式以及参数。结果表明,经修正后的Miner法则能对50CrVA的二级加载工况给出较好的寿命预测。     

基于修正Corten-Dolan模型的机体结构延寿方法研究

针对机体延寿工作的复杂性,从疲劳损伤积累的角度研究机体结构的延寿方法。利用剩余强度衰减退化修正的Corten-Dolan模型计算机体结构疲劳关键件的疲劳损伤累积量,推导了载荷服从正态分布时的疲劳可靠度和k级载荷下剩余疲劳寿命估算公式。根据疲劳损伤的积累量,将疲劳寿命折算成日历寿命。提出机体结构延寿分析流程并进行案例分析,寿命加速实验结果表明各关键件均达到延寿要求,说明该方法具有一定的参考价值。     

温度对HTPB推进剂疲劳特性的影响

为了研究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂不同温度下的疲劳特性,进行了不同温度下恒应力控制的疲劳循环加载试验。以峰值应变作为损伤因子,基于损伤力学和粘弹性理论,建立了HTPB推进剂含温度效应的疲劳损伤三阶段演化模型。结果表明,随着温度的升高,材料的疲劳寿命缩短,疲劳断裂应变增大。疲劳过程中的峰值应变具有明显的三阶段演化规律:初始变形阶段、稳定发展阶段和加速阶段。建立的三阶段演化模型克服了两阶段模型不能考虑宏观裂纹扩展的缺点。拟合模型参数,运用线性回归的方式预测了213 K和333 K的理论结果,该结果和试验结果较为一致,因此,它可以很好地表征材料的损伤演化规律。     

某自动步枪闭锁机构强度寿命分析

为寻求一种有效而准确的寿命计算方法,以某自动步枪为例,对其闭锁机构强度寿命进行分析。利用 ABAQUS 有限元软件对闭锁机构进行分析,运用雨流计数法对所得数据进行处理,并采用循环应力应变曲线方程和 修正的诺伯法计算出局部应力应变,根据疲劳损伤定律和Miner 线性疲劳累积损伤理论对枪械闭锁机构疲劳寿命进 行计算。研究结果表明：该方法能够节省枪械机构在研制过程中的经费和试验时间,与现有方法相比,能得到更为 准确的预测结果,对研究自动步枪闭锁机构强度寿命有一定的参考价值。     

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。     

舰船运动对固体火箭发动机粘接界面疲劳损伤研究

针对固体火箭发动机在舰船运动影响下损伤难以评估的问题,以某固体火箭发动机为例,建立了摇摆载荷作用下发动机药柱粘接界面的疲劳损伤评估方法。通过推进剂粘接界面定应力往复剪切试验获得了其粘接界面的疲劳损伤特性;利用有限元分析方法计算得到了发动机界面剪切应力较大部位的应力谱;运用雨流计数法和Miner线性累积损伤原理对发动机粘接界面的疲劳损伤进行了评估。试验与仿真结果表明,推进剂粘接界面应力幅值和疲劳破坏次数的自然对数满足指数型方程,并且在给定舰载条件下发动机海上战备值班一年的寿命比仓库贮存时至少降低8.62%.针对固体火箭发动机在舰船运动影响下损伤难以评估的问题,以某固体火箭发动机为例,建立了摇摆载荷作用下发动机药柱粘接界面的疲劳损伤评估方法。通过推进剂粘接界面定应力往复剪切试验获得了其粘接界面的疲劳损伤特性;利用有限元分析方法计算得到了发动机界面剪切应力较大部位的应力谱;运用雨流计数法和Miner线性累积损伤原理对发动机粘接界面的疲劳损伤进行了评估。试验与仿真结果表明,推进剂粘接界面应力幅值和疲劳破坏次数的自然对数满足指数型方程,并且在给定舰载条件下发动机海上战备值班一年的寿命比仓库贮存时至少降低8.62%.     

基于支持向量机的热喷涂层接触疲劳寿命预测

针对热喷涂层接触疲劳寿命的预测问题,利用装备再制造技术国防科技重点实验室研制的新型接触疲劳/磨损多功能试验机(RM-1试验机),基于中心复合设计进行等离子喷涂Al₂O₃-40%TiO₂ 涂层（AT40涂层）受到接触应力、转速、涂层厚度和滑差率共同作用下的接触疲劳寿命试验,并通过扫描电镜观察涂层的失效形貌。采用3σ准则检验接触疲劳寿命试验的可靠性,将黄金分割法与信息熵理论相结合,对训练集和测试集进行划分。基于支持向量机（SVM）原理,建立综合考虑接触应力、转速、涂层厚度和滑差率的寿命预测模型。研究结果表明：在接触应力、转速、涂层厚度和滑差率共同作用下,涂层的损伤失效主要是分层失效和表面磨损;采用中心复合设计方案得到的多因素接触疲劳寿命具有可靠性;基于SVM回归理论训练的预测模型具有较高的显著性,可用于表征AT40涂层接触疲劳寿命与接触应力、转速、涂层厚度和滑差率的函数关系,为喷涂层接触疲劳寿命预测提供理论参考。     

设计阶段火炮的可靠性预测

通过对设计阶段火炮可靠性的综合分析，对火炮中结构复杂、故障模式较多的部件，提出了基于故障分析进行可靠性预测的思路及方法，对承力的各个架体，利用疲劳累积损伤理论进行分析。进而建立了全炮可靠性的预测模式，并以某火炮为例进行了实例分析。     

基于中心复合设计的热喷涂层接触疲劳寿命预测研究

采用中心复合设计方法,研究服役条件对超音速等离子喷AT40涂层接触疲劳寿命的影响。基于回归分析原理,利用响应曲面方法建立了综合考虑转速、接触应力和滑差率的多因素寿命预测模型,并分析了转速、接触应力和滑差率对接触疲劳寿命的综合作用。研究结果表明：不同服役条件下AT40涂层的接触疲劳寿命具有相同的寿命分布;滑差率是影响接触疲劳寿命的主要因素,接触应力是次要因素,而转速的影响不显著;接触应力和滑差率的交互作用、转速和滑差率的交互作用均对接触疲劳寿命有显著影响。模型的显著性检验结果表明,所拟合的响应曲面回归模型具有较高的显著性,可用于表征转速、接触应力和滑差率与AT40涂层滚动接触疲劳寿命的关系。