多股螺旋弹簧疲劳寿命影响因素

多股螺旋弹簧（简称多股簧）是一种由多根钢丝螺旋绞绕成钢索而形成的圆柱螺旋弹簧,目前关于多股簧在疲劳失效领域的研究较少。针对多股簧疲劳失效的问题,以实际应用中的多股簧为研究对象,从多股簧钢丝断裂特征和多股簧几何参数对其疲劳寿命的影响进行分析研究。结果表明：钢丝表面缺陷是造成裂纹萌生降低疲劳寿命的主要原因,钢丝表面缺陷包括了钢丝表面的线纹、伤痕、凹坑等,此外钢丝材料内部的微孔洞以及微裂纹会加速裂纹的扩展,降低弹簧的疲劳寿命;其次是多股簧几何参数的影响,以最大振幅下的恢复力为变量,弹簧螺旋角对多股簧疲劳寿命的影响最大,弹簧旋绕比次之,钢索钢丝捻角最小。     

身管内表面横纹萌生的力学成因及安全裂纹尺度估计

通过对某火炮机械自紧残余应力进行分析以及对射击时身管宏观受力进行计算,结合大型摸底及身管解剖试验,综合分析表明:该火炮身管内表面出现早期横纹本质与其他火炮没有区别,只是该身管内表面浅层轴向残余拉应力的存在有可能促进了横纹的过早出现.在身管内表面存在初始裂纹前提下,通过进一步对身管疲劳寿命的理论估计,即便不考虑残余应力对身管疲劳寿命的贡献,在设计给定参数条件下,理论估计的身管疲劳寿命仍高于火炮设计的弹道寿命,估计裂纹安全深度不大于6.78 mm.     

基于表面裂纹萌生与扩展的疲劳寿命预测模型

为了预测表面裂纹萌生与扩展的疲劳寿命,分别对渗碳CrMn钢的光滑试样与渗氮CrNi钢的光滑、缺口试样开展超高周疲劳试验,观察试样的疲劳缺口,分析试样的S-N曲线及疲劳损伤机理。考虑应力比、疲劳缺口系数与残余应力3种因素,构建更准确的裂纹萌生寿命预测模型,并对表面失效的裂纹萌生寿命进行预测。用Israel提出的裂纹扩展寿命预测模型计算裂纹扩展寿命,再将预测的裂纹萌生与扩展寿命相结合得到总疲劳寿命。结果表明：裂纹萌生寿命预测模型的预测结果与试验结果基本一致,构建的新模型较可靠。计算的总疲劳寿命与试验疲劳寿命相比,绝大部分都小于3倍误差,寿命预测较精准。     

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。     

微量预应变和超载对15MnVN钢疲劳裂纹起始寿命的影响

本文实验研究了微量预应变和超载对15MnVN钢疲劳裂纹起始寿命Ni的影响。实验结果与分析表明,当超载引起的切口根部表面残余应变等于微量预应变时,超载后或微量预应变后,15MnVN钢的裂纹起始寿命无明显差异,且两者的裂纹起始寿命与热轧状态15MnVN钢的裂纹起始寿命接近。决定15MnVN钢疲劳裂纹起始寿命超载效应的主要因素可以认为是超载引起的切口根部表面层材料性能的变化,而不是残余应力。此外,本文还简要阐明了实验结果的工程应用意义。     

抽筒子疲劳裂纹扩展研究及剩余寿命预测

针对炮闩机构的抽筒子爪部出现疲劳断裂的问题,研究抽筒子的疲劳裂纹扩展及剩余寿命预测。针对抽筒子材料45CrNiMoVA,开展室温下断裂韧度和疲劳裂纹扩展试验,测试材料的断裂韧度,结合实验数据拟合得到Paris断裂公式。通过对抽筒子裂纹扩展因素的研究得到:应力由300 MPa减小至200 MPa时,剩余寿命增幅最大,增大约3.2倍;初始裂纹长度从0.5 mm增大到1 mm时;剩余寿命减小幅度最大,减小约1.8倍;当材料的断裂韧度越大,剩余寿命越大,且增长的趋势越来越缓慢。     

缺陷零件的剩余寿命计算

首先对影响零件裂纹扩展的原因进行了简要分析,指出了控制疲劳裂纹扩展速度的主要力学参量是应力强度因子幅值△k₁。进而对裂纹体的剩余寿命N_C进行了粗略叙述以及对其估算方法做了相应的推导,并用实例说明了其估算过程与分析方法,同时对其计算过程进行了讨论。     

基于裂纹萌生和扩展的渗氮钢疲劳寿命预测

以渗氮CrNiW钢的光滑试样和两种缺口试样为研究对象,开展超高周疲劳试验.观察渗氮CrNiW钢的疲劳断口显微组织,分析S-N曲线特性及失效机理,基于裂纹萌生模型和裂纹扩展模型计算渗氮CrNiW钢的萌生和扩展寿命,结合裂纹萌生和扩展寿命计算总疲劳寿命.结果表明:随应力集中系数增加,ΔKFGA小幅降低,ΔKfish-eye减小明显;应力幅值较低时,裂纹萌生寿命占总疲劳寿命的比例很高,裂纹扩展寿命占比很低,基本可忽略;模型预测的总疲劳寿命与试验结果较接近,除个别数据点外,预测结果均在2倍偏差内,预测较准确.     

用SQCE理论计算疲劳裂纹扩展速率及剩余寿命

对用奇异准谐调元理论进行疲劳裂纹扩展速率和剩余寿命的数值计算做了初步探讨，计算结果与实验结果完全吻合。因此，用ＳＱＣＥ理论计算实际结构的疲劳裂纹扩展速率和剩余寿命，可以达到节省时间，材料和经费的目的。     

冲击载荷下身管延伸体改进设计及疲劳寿命研究

某小口径火炮身管延伸体在射击过程中多次出现开裂故障,导致其使用寿命无法满足指标要求。针对这一问题,基于大量的材料试验,考虑火药燃气压力的真实载荷传递路径,对系统冲击动态响应及疲劳寿命进行仿真,得到裂纹萌生寿命及位置与试验破坏现象基本一致。经结构局部改进,预测裂纹萌生寿命由500发左右提高到4 000发以上。研制了模拟冲击试验系统,对改进后结构进行了模拟冲击加载试验及实弹射击寿命试验。模拟冲击试验中,4 300次循环后萌生裂纹;实弹射击中,3 000发考核仍未出现裂纹。一次改进达到指标要求,验证了理论分析的准确性及改进措施的有效性。     

变幅加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劳损伤的累积特征和寿命预测方法。对数累积损伤模型作为—个失效判据，已在某中口径自动舰炮输弹簧的疲劳寿命预测中得到较满意的应用。研究表明，应力水平改变时，损伤因子D发生不连续变化是导致加载顺序效应的重要原因。     

导弹贮箱的剩余寿命分析

根据断裂力学进行结构可靠性分析,利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据,对疲劳裂纹扩展的可靠性进行研究,从而推算出剩余寿命。文中算例验证表明,该模型可作为工程应用的一些安全性评定的优先选择的方法和手段。     

身管内壁裂纹扩展特性及剩余寿命研究

火炮发射过程中身管内膛环境十分恶劣,经过一定射击发数后内膛往往出现不同程度裂纹,影响身管寿命及发射安全性。采用有限元软件建立了包含膛线及不同位置初始裂纹的身管有限元模型,基于线弹性断裂力学理论研究了膛压、弹带摩擦力、自紧残余应力等载荷作用下身管内壁不同位置初始裂纹的扩展特性,得到了影响身管疲劳裂纹扩展寿命的危险因素为身管内壁阴线纵向裂纹,基于疲劳裂纹扩展理论,以临界断裂韧度为失效判据,获得了无镀层身管在包含不同数量初始裂纹时的剩余寿命。研究对于火炮身管的发射安全性评估、寿命预测及寿命提升研究具有重要的参考价值。     

某转管自动机炮尾体寿命提升技术研究

炮尾体承受着射击过程中的高温以及连续瞬态强冲击载荷的恶劣工况,表面易产生疲劳裂纹并逐渐扩大,造成炮尾体断裂,引起自动炮故障。为提高炮尾体的疲劳寿命,研究了声铣复合表面改性处理方法来提高炮钢材料的表面性能。从表面粗糙度、表面硬度和疲劳寿命3个方面分别比较了传统干切削和声铣复合表面改性两种技术,结果表明声铣复合表面改性后的样品表面粗糙度为0.32μm,表面硬度相比基体硬度可以提高24%左右,炮尾体闭锁齿的疲劳寿命提高到原来的11倍以上。声铣复合表面改性技术增加了材料表面的局部残余压应力,可以使材料具有更优异的表面性能。     

装甲车体疲劳裂纹扩展寿命预测方法研究

以多体动力学和线弹性断裂力学为理论基础,基于虚拟样机技术,通过建立履带式装甲车辆的刚柔耦合模型并对其进行虚拟试验测试,获得车体薄弱部位的应力谱数据;结合裂纹形状尺寸及材料的断裂特性,预测出了车体裂纹从初始长度扩展至一定长度所经历的寿命里程,从而提出了一种比较实用的预测装甲车体疲劳裂纹扩展寿命的技术方法。     

疲劳裂纹形核寿命的细观概率模型

裂纹形核是结构疲劳损伤演化的初级阶段。基于Tanaka-Mura微裂纹形核机制,提出恒幅交变载荷下结构表面疲劳裂纹形核寿命的细观概率模型。设细观尺度的晶粒尺寸、晶粒取向欧拉角为随机变量,借助Schmidt因子建立细观主应力与分解切应力之间的关系。考虑到晶粒取向随机性和紧邻晶粒影响因素,导出分解切应力变程的概率分布。进一步运用矩法和次序统计量模型获得任一晶粒中疲劳裂纹形核寿命和结构热区晶粒群多裂纹分散形核寿命的概率分布。数值算例验证了所提模型与方法的可行性和合理性。新模型在裂纹形核寿命研究中引入了细观物理参数和几何参数的概率统计信息,可为多晶体金属结构件的疲劳可靠性评估和抗疲劳概率设计开辟精细化分析的新途径。     

线膛复合身管无座力炮内衬厚度影响分析

针对线膛复合身管无座力炮内衬厚度与疲劳寿命关系研究较少的问题,对线膛复合身管无座力炮内衬厚 度对火炮的影响进行研究。选择各向同性弹性材料模型,使用有限元软件ls-dyna 进行数值仿真,结合局部应力应变 法,分析了弹丸挤进、内压载荷对不同厚度内衬和纤维等级复合材料层的线膛复合身管裂纹形成寿命的影响。计算 结果表明：增加内衬厚度可以有效减小局部最大应变,高等级的碳纤维更加适合轻质量无座力炮的减重。     

电磁谐振式疲劳裂纹扩展试验固有频率跟踪系统

为保证电磁谐振式疲劳裂纹扩展实验工作载荷的稳定性,提出了基于裂纹长度在线测量的自适应改进爬山法固有频率跟踪方法,建立了相应的固有频率跟踪系统。采用自行设计的裂纹长度测量系统测得实验过程中不同时刻的裂纹长度,根据固有频率和裂纹长度的理论关系计算出此时系统的固有频率值,并将此值设定为频率跟踪的初始值,在初始值左右小范围区域内采用自适应改进爬山法搜索系统精确固有频率值。建立了双自由度双质量块电磁谐振式疲劳裂纹扩展实验振动系统数学模型和CT 紧凑拉伸试件刚度模型,从理论上推导出了固有频率随裂纹尺寸变化的规律,并通过实验进行了验证。实验结果表明:文中方法固有频率跟踪精度为0郾3 Hz,跟踪时间为3郾5 s,和一般爬山法相比,跟踪精度高、速度快、过程稳定可靠,很好地满足了疲劳裂纹扩展实验的要求。