民机疲劳试验载荷谱简化研究与验证北大核心

在常规试验技术下,民用飞机全机疲劳试验周期过长,不仅费用高,更影响到适航取证和服役使用,开展载荷谱简化研究可有效加速疲劳试验。结合细节疲劳额定值(DFR)法和线性损伤累积理论,建立以损伤比门限值为折算依据的载荷谱等损伤折算方法。选用螺接和铆接的两种试验件进行试验验证,将原谱分别折算简化为五级谱和三级谱,折算后循环次数减少了约98%,且疲劳寿命结果符合工程要求,证明了该载荷谱折算方法的正确性和有效性。     

热处理对FV520B钢疲劳性能的影响

用红外热像法监测交变载荷下试件表面的温升变化规律,快速确定FV520B原材料和热处理材料的疲劳强度,研究了热处理对FV520B不锈钢组织和力学性能的影响。将疲劳试验过程中的试件表面的温度变化与材料内部微观结构的演化相联系,以分析疲劳损伤状态,进行安全性评估。金相观测发现,FV520B钢力学性能的提高是回火马氏体和基体中均匀弥散分布的第二相颗粒共同作用的结果。扫描电子显微镜对疲劳断口形貌特征的观察发现,疲劳裂纹萌生于试件表面棱角上位向有利的晶粒处。     

基于有限元法和锁相热像法对含缺陷构件的应力分析与疲劳性能评估

基于有限元法研究含盲孔缺陷构件的应力集中系数Kt随盲孔深度h和盲孔直径的变化规律。利用锁相热像法的热弹性分析模式(E-Mode)研究盲孔附近的应力分布,预测不同深度盲孔的Kt,与有限元结果相比较发现吻合良好。通过Altair Li软件中的耗散模式(D-Mode)和Altair软件分别研究构件在疲劳过程中的固有耗散量和温度信号的变化规律,以评估疲劳损伤的演化过程。以固有耗散和温度信号的变化规律作为疲劳损伤的指标,快速预测带盲孔试件的疲劳极限,进而预测试件的疲劳缺口系数Kf。理论计算的结果证明了锁相热像法的有效性。     

定量热像法预测焊接接头的S-N曲线和残余寿命

在恒定的平均应力作用下,考虑焊接接头的实际工况,利用红外热像技术建立了快速预测焊接接头疲劳参数和残余寿命的模型,实现了定量热像法对非均质焊接接头疲劳性能的评估.通过红外热像仪监测焊接接头表面局部热点的变化,定性分析了损伤演化状态.结果表明:定量热像法克服了传统疲劳实验方法的局限性,可快速、准确地确定非均质焊接接头的疲劳...     

M855A1步枪弹侵彻钢靶板数值仿真

M855A1是一种采用新型穿甲弹结构的小口径步枪弹,较M855步枪弹主要优化了硬目标穿甲与软目标杀伤性能。为研究其穿甲性能,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同射程下M855A1步枪弹侵彻结构钢靶板、装甲钢靶板的过程进行数值仿真,分析穿甲过程中弹头与钢靶板的变形和损伤演化,并对射程与极限穿透厚度的关系进行函数拟合,拟合精度高于99%。结果表明,M855A1步枪弹能基本满足现代小口径步枪弹对穿甲性能的需求,其结构在低速、薄靶条件下对弹体动能、质量的利用效率较高。     

基于能量耗散的Q235钢高周疲劳性能评估

通过宏微观力学和连续热力学理论,推导疲劳能量耗散计算方法。结合局部热扩散方程,建立物理意义明确的疲劳极限快速评估方法,避免了以温升为损伤指标的预测方法的争议性。传统疲劳试验和本方法所给出的疲劳极限之间的误差为9.9%,表明了该方法的准确性。试验过程表明当材料内部生热率与外界散热率达到平衡时,能量耗散的变化趋于稳定,由此确定了材料的极限能,构建了疲劳寿命的快速评估方法。结果发现所预测的S-N直线斜率与传统结果之间的误差为9.4%,从而表明了该方法在快速评估材料疲劳性能方面的潜在前景。     

热像法和能量法快速评估Q235钢的疲劳性能

借助热像法和能量法快速确定了单轴循环应力作用下Q235钢的疲劳性能参数,与传统实验结果相比,吻合较好。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构件的残余寿命。研究结果表明:热像法和能量法可以在较短的实验周期内快速地确定材料的疲劳极限和S-N曲线等疲劳性能参数;Miner理论的能量模型具有明确的物理意义,能准确预测循环载荷作用下构件的残余寿命。     

弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示,疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/d N、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。     

基于PSO-SVR的非均质涂层组织均匀性超声表征

针对非均质涂层组织均匀性超声衰减法表征中存在的非线性和不适定问题，提出一种基于多尺度超声衰减系数的粒子群优化-支持向量回归(PSO-SVR)表征方法。基于非均质材料中超声波散射的“多尺度效应”，利用连续小波变换获得涂层的多尺度超声衰减系数，使涂层在不同频带范围内的超声响应得到充分提取。以多尺度衰减系数作为输入向量，借助 SVR 在小样本条件下优异的数据挖掘和自动学习能力，实现多因素耦合约束下涂层组织均匀性信息的有效解耦，并引入粒子群优化和交互检验技术对 SVR 关键超参数进行全局优选。采用该模型对铝硅聚苯酯封严涂层的组织均匀性进行预测，结果表明， 涂层分布均匀性长度模型预测值与显微 CT 原位标定值间的决定系数 R²和均方误差 MSE 分别为 0.834 和 0.824，与反向传播算法(BP)、径向基神经网络(RBF)和广义回归神经网络(GRNN)等人工神经网络模型相比，PSO-SVR 模型在小样本条件下具有更好的泛化能力和更高的预测精度。研究结果为非均质材料组织均匀性的定量无损表征提供了新的研究思路。     

FV520B不锈钢角焊缝接头的组织和断裂机理

通过对焊接接头疲劳断口的观察研究,讨论了控制接头疲劳失效的疲劳机理。实验研究了焊接接头的母材、焊缝及热影响区的微观组织形态。结果发现:母材组织为细小均匀的板条马氏体及弥散分布的第二相粒子,而焊缝区为粗大的板条马氏体及少量的第二相颗粒。组织特征的区别证明母材综合力学性能优于焊缝。