TC4钛合金三点弯曲超高周疲劳性能研究

针对航空发动机压气机叶片复杂载荷环境下的超高周疲劳问题,开展了TC4钛合金三点弯曲超高周疲劳试验,研究其在弯曲加载下的超高周疲劳破坏行为。疲劳试验结果表明：在两种应力比（R=0.3、0.5）下,当循环次数超过107次时,试件仍发生疲劳断裂,S-N曲线均呈现双线性特征;SEM断口分析表明,随着最大应力的降低,裂纹萌生位置由试件表面向次表面转移,疲劳裂纹萌生是表面滑移和内部解理断裂之间相互竞争的结果;基于疲劳寿命建立模型分析了应力比对2种裂纹萌生机制之间竞争行为的影响。采用红外热像仪监测试件表面的温度,高周疲劳试件的温度变化分为四个阶段：稳定升高、稳定降低、快速升高和快速降低阶段,而超高周疲劳试件的温度变化分为三个阶段：稳定升高、快速升高和降低阶段。最后,阐述了疲劳过程中热产生和传热的特点,并分析了温度变化与应力分布的关系。     

基于半解析模型的花萼状涡流传感器损伤监测灵敏度分析

针对金属螺栓连接结构的孔边疲劳裂纹监测需求,介绍了一种具有柔性平面特点的花萼状涡流传感器,构建其损伤监测半解析模型,并通过半解析模型分析激励频率和传感器结构参数对监测灵敏度的影响,最后利用柔性电路板工艺制备出传感器,并进行2A12铝合金中心孔板试样疲劳损伤监测试验验证花萼状涡流传感器的疲劳裂纹监测能力。损伤监测灵敏度分析结果表明在不同提离距离下传感器具有最优灵敏度频率点,且随提离距离的增大,最优灵敏度值减小,最优频率点降低。传感器线圈厚度越小灵敏度越高,且感应线圈与激励线圈之间的水平间距越大则传感器的损伤监测灵敏度越大,而感应线圈与激励线圈宽度比值对传感器的损伤监测灵敏度影响较小。监测试验表明,除第一个通道以外,传感器其它感应通道归一化跨阻抗幅值随疲劳载荷次数变化曲线的拐点对应的即为裂纹扩展到相应通道下方的疲劳载荷次数,而第一个通道的拐点可以初步确定试件的累积损伤起始点。     

ω-λ型涡流阵列传感器跨阻抗响应特性分析

针对金属螺栓连接结构的孔边疲劳裂纹监测需求,介绍了一种具有柔性平面特点的ω-λ型涡流阵列传感器,构建其损伤监测半解析模型,应用半解析模型并通过传感器跨阻抗双参数网格平面图,分析了不同激励频率下传感器跨阻抗输出信号对损伤输入参数的监测灵敏度.分析结果表明,传感器的电导率和磁导率监测灵敏度随提离距离增大而减小;在固定频率下,存在最优监测灵敏度的电导率点和磁导率点,且最优磁导率点随激励频率增大而增大,最优电导率点随激励频率增大而减小;存在磁导率临界值点,当磁性材料的磁导率达到临界值后点,传感器的跨阻抗输出随提离距离增大而减少.     

花萼状涡流传感器的损伤监测正向等效模型构建

结构损伤监测对于保证结构安全是极其重要的.针对金属螺栓连接结构中螺栓孔位置处的裂纹损伤定量监测需求,在Goldfine等人的基础之上,该文提出一种花萼状涡流传感器,构建了传感器损伤监测正向等效模型并通过搭建实验装置验证损伤监测正向等效模型准确性并进行误差分析.相对于传统的多层导电结构谐波涡流场的积分/级数解析模型,构建的损伤监测正向等效模型考虑了在高频激励下导线电流密度分布的集肤效应,并可用于互感式涡流传感器建模.实验结果表明:对测量结果经空气标定后,传感器贴于2A 12-T4标准试件表面时的模型计算结果和实验结果较为吻合,第1、2和3感应通道的幅值比量模型计算结果误差随频率变化均在10％以内,第4感应通道的幅值比量模型计算结果误差随频率变化在15％以内.     

基于涡流阵列传感器的金属结构裂纹监测方案可行性研究

针对飞机金属螺栓孔连接结构疲劳裂纹的特点和实时监测的需求,提出了一种基于柔性平面的涡流阵列传感器,设计了疲劳裂纹扩展实时监测方案,搭建了疲劳裂纹监测实验系统。通过建立监测系统的三维有限元仿真模型,得到传感器工作时感应磁场和磁位矢量的分布规律,验证了监测方案的可行性。通过设计疲劳裂纹扩展试验,确定了涡流阵列传感器定量监测能力。等幅程序载荷谱作用下2A12—T4铝合金试件疲劳裂纹监测试验结果表明:提出的涡流阵列传感器能够有效定量监测裂纹的扩展,裂纹监测方案是可行的,监测精度达到1 mm。仿真结果表明:传感器在工作时磁矢量位的分布关于激励线圈导线中心对称,在激励线圈导线中间达到最大值,同时裂纹存在时感应通道归一化跨阻抗幅值比增大10%。     

小波变换在飞机结构疲劳裂纹监测信号处理中的应用

考虑飞机金属结构疲劳裂纹监测的实际需求,论文提出了一种基于涡流阵列传感器的金属结构疲劳裂纹监测方案,并搭建监测系统进行监测试验,通过小波分解去噪方法和小波变换模极大值方法对监测信号曲线进行去噪处理和奇异点检测分析.去噪结果表明消噪后四个感应通道信号曲线的RMSE在0.001左右,SNR在50左右,去噪效果良好.奇异点检测结果表明,不规则斜坡监测曲线的小波变换模值曲线在起始奇异点之后的模值较大,而且具有延续性.将各通道幅值比变化曲线中的起始奇异点作为特征点,通道1能够对累积损伤进行定量监测,通道2、3、4能够对疲劳裂纹扩展长度进行定量监测,监测精度达到1mm.     

预应力腐蚀对2A12-T4铝合金疲劳寿命的影响

进行了两种温度三种应力水平下2A12-T4铝合金试样在EXCO溶液中不同浸泡时间的预应力腐蚀试验,而后进行疲劳试验至试件断裂。采用多元方差分析,确定了腐蚀温度、浸泡时间和应力水平是影响试件疲劳寿命的显著因素,三者的共同作用会加剧试样的腐蚀,降低试样的疲劳寿命。根据试验结果,采用回归算法,建立了以腐蚀温度、浸泡时间和应力水平三参数表征的剩余疲劳寿命计算模型,理论值与试验值对比,二者误差约为25%。通过扫描电镜观察,分析了腐蚀温度、浸泡时间和应力水平对试件微观损伤的机理。     

基于半解析模型的涡流传感器优化设计与实验研究

针对飞机金属螺栓孔连接结构疲劳裂纹的特点与实时监测的需求,提出了一种基于柔性平面的涡流阵列传感器,设计了疲劳裂纹扩展实时监测方案,构建了传感器损伤监测半解析模型,搭建了基于涡流阵列传感器的疲劳裂纹扩展实时监测平台。通过对涡流阵列传感器的仿真和基于涡流阵列传感器的疲劳裂纹扩展实验研究,确定了传感器的监测灵敏度,优化了传感器的特征参数。研究结果表明：传感器基材层阻碍了感应线圈与激励线圈的耦合,基材层应尽量薄。当涡流阵列传感器导电层厚度为0．12—0．18mm,激励线圈的最优宽度为0．8min,感应线圈的最佳厚度为0．5mm时,传感器的损伤监测灵敏度最高。     

一种新型空投用缓冲装置的设计

介绍了一种伞降空投用缓冲装置的设计原理、实现方法,以及缓冲装置的工作原理.计算及模拟投放实验表明,该装置能够达到设计要求,可有效减缓空投物资落地时的冲击力,而且能够防止物资落地时的反弹和侧翻,从而达到保护空投物资完好的目的.     

花萼状涡流阵列传感器裂纹扰动半解析模型构建

针对金属螺栓连接结构中螺栓孔位置处的裂纹损伤定量监测需求,在已有研究成果的基础之上,提出一种具有柔性平面特点的花萼状涡流阵列传感器,构建花萼状涡流阵列传感器裂纹扰动半解析模型,得到在三维结构裂纹下的传感器各感应通道扰动电压,并通过搭建实验装置验证裂纹扰动半解析模型的准确性。在模型构建过程中,通过对结构三维裂纹表面进行网格划分,以网格中心点处的自由电荷密度为未知待定系数,根据自由电荷边界条件以及扰动模型假设得到网格单元中心点处自由电荷密度所满足的线性方程组,并最终得到三维裂纹周围的自由电荷密度分布。裂纹扩展模拟实验结果表明,在3 MHz和6 MHz两种激励频率下,2A12-T4铝合金和不锈钢的扰动模型计算结果与实验测量结果比较吻合,传感器4个感应通道的扰动模型计算误差都在25%以内。