多轴疲劳裂纹扩展行为研究

利用扫描电镜对多轴比例和非比例加载下的疲劳试样的断口面和外表面进行扫描观测分析。根据薄壁管拉一扭复合加载试件断口附近表面观测结果,统计其裂纹扩展的位向,研究多轴疲劳裂纹萌生及扩展机理。研究表明,多轴疲劳裂纹主要是沿最大剪切平面或垂直于管形试样的轴线方向扩展。在多轴比例加载条件下,裂纹分布的分散性较小。在非比例加载条件下,随着相位差的增大,分散性增大。     

橡胶衬套多轴载荷疲劳寿命预测

研究单轴及多轴载荷应力状态下最大主工程应变、最大主对数应变、最大主Green-Lagrange应变、最大主Euler应变和八面体切应变峰值等五种损伤参量的计算方法,发现在有限元分析时只需输出危险区域的变形梯度张量即可计算出五种损伤参量的值。基于疲劳裂纹萌生理论以及哑铃形橡胶试片的疲劳试验数据,分别以上述五种损伤参量建立寿命预测模型,用拟合优度值衡量五种寿命预测模型的准确性,其中以八面体切应变峰值为损伤参量的寿命预测模型拟合优度值最大。基于疲劳裂纹扩展理论以及单边缺口、纯剪切试片的裂纹扩展试验数据,建立疲劳寿命预测模型;分别用基于八面体切应变峰值为损伤参量的寿命预测模型和基于裂纹扩展理论的寿命预测模型对同一衬套产品进行寿命预测,对比两种寿命预测模型的预测效果;研究发现,以八面体切应变峰值为损伤参量的寿命预测模型具有更好的预测效果,预测寿命在实测寿命的三倍分散线附近。     

疲劳门槛值统一理论模型的比较及验证

针对应力比对疲劳裂纹扩展及门槛值的影响,依据裂纹闭合与裂纹扩展驱动力机制的统一思想,阐述了Zhu-Xuan模型与Kwofie-Zhu模型的建立过程,并基于25Cr2Ni2MoV转子钢焊接接头的疲劳裂纹扩展试验数据对模型进行验证。结果表明,两种模型在近门槛值区和Paris区均有良好的预测效果,其中Zhu-Xuan模型形式简单,对CrMoV钢具有普适性,预测门槛值的误差在10%以内,而Kwofie-Zhu模型预测结果更准确,但应用过程涉及参数求解,过程较复杂。研究认为,裂纹闭合与扩展驱动力机制的统一模型描述疲劳裂纹扩展行为的应力比相关性是合理可行的,且具有较好精度。     

一种基于裂尖损伤区的裂纹扩展模型

提出了“裂尖损伤区”的概念,通过解析闭合模型对裂尖损伤区的应力应变历程进行了分析,应用累积损伤理论建立了一个用于分析变幅载荷下疲劳裂纹扩展寿命的模型。应用本模型计算了不同载荷谱下的裂纹扩展寿命,通过与试验结果的比较,表明本文的方法具有精度高、经济实用的特点,适合工程应用。     

飞机铝合金壁板结构广布疲劳多裂纹扩展与剩余强度研究

随着航空工业的发展,飞机经过长时间服役,其广布疲劳损伤带来的飞机服役可靠性问题日益受到关注。针对飞机铝合金壁板结构开展了疲劳裂纹扩展试验与剩余强度拉伸试验,以及数值仿真研究,并采用塑性区连通准则、表观断裂韧性准则、净截面屈服准则和韧带平均应力准则4种典型的多裂纹连通准则对其剩余强度进行了对比分析。结果表明：随着疲劳裂纹的逐渐扩展,裂纹尖端应力强度因子逐渐增大,裂纹扩展速率逐渐增大。对于含多裂纹的铝合金壁板结构,建立剩余强度与裂纹总长度的关系更能准确体现机身壁板在实际服役过程中的剩余强度变化。与其他3种准则相比,塑性区连通准则可以控制含等长度裂纹与非等长度裂纹的铝合金壁板结构剩余强度的预测结果与试验结果的相对误差在5%以内,是4种准则中预测精度最高的,因此,塑性区连通准则对飞机铝合金壁板结构广布疲劳损伤设计具有良好的指导意义。     

疲劳多裂纹问题的Tayor级数解法

疲劳多裂纹问题是老龄结构可靠性分析中受到广泛关注的问题,在可靠性分析中需要反复求解多裂纹扩展方程,对计算方法的精度和效率提出了很高的要求。Taylor级数法是代数,微分方程的一种新的数值解法,其在线性问题中的理论和应用已经比较完善和成熟,本文将Taylor解法进一步用于非线性的疲劳多裂纹扩展方程的求解,对非线性项可以表达为多元多项式的问题,完善了Taylor级数方法的理论,通过计算实例验证了方法的精度和求解效率。     

高温构件蠕变损伤与裂纹扩展预测研究新进展

精准的寿命预测是高温构件设计制造与运行维护的关键,但多轴应力和裂纹等缺陷的存在使得寿命预测的难度大大增加。综述了笔者近年来在高温蠕变损伤模型和蠕变裂纹扩展仿真方面的研究工作,主要包括:讨论了应力水平和应力状态对蠕变断裂应变的影响规律;基于幂律蠕变控制孔洞长大理论,提出了新的多轴蠕变延性模型;采用基于应变的损伤力学模型,预测了多种含缺陷结构中蠕变裂纹的扩展行为,并分析了蠕变条件下多个表面裂纹干涉、扩展及合并的全过程;发展了基于晶界孔洞化损伤机制的裂纹扩展分析方法,实现了蠕变疲劳裂纹扩展仿真和蠕变疲劳氧化裂纹扩展仿真。这些工作为建立考虑多轴应力影响的含缺陷高温构件寿命预测方法提供了有力支持。     

复合材料层合板T型连接结构的渐进损伤分析

以复合材料层合板典型的T型连接结构为研究对象,采用含渐进损伤的有限元模型计算分析复合材料层合板的损伤机理、破坏模式、裂纹扩展和极限强度,并通过试验手段验证了分析方法的可信度,为该型构件的设计与优化提供了依据,为无人机结构的安全性与可靠性提供了保障。     

损伤容限设计方法和设计数据

论述了损伤容限设计方法 ,研究了长裂纹的疲劳裂纹扩展寿命估算方法和初始裂纹尺寸a0 的确定方法。并提供了常用国产机械材料的疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值的试验数据。     

考虑裂尖疲劳损伤的材料疲劳裂纹扩展行为研究

基于低周疲劳Manson-Coffin关系,定义I型裂纹疲劳扩展区内关于应变幅的平均疲劳损伤参量,并结合Miner线性累积损伤理论,通过弹塑性有限元法实现材料疲劳裂纹扩展速率的预测模拟,同时也建立以显式理论公式来描述疲劳裂纹扩展速率规律的新型预测模型。在进行有限元模拟分析中借助裂尖单调塑性区平均疲劳损伤达到临界损伤即完成一次步进扩展的假定。在显式理论公式推导中采用裂尖循环塑性区平均疲劳损伤达到临界损伤即完成一次步进扩展的假定。以大型汽轮机转子材料Cr2Ni2MoV钢、航空材料TA12合金和304不锈钢材料为例,应用所提出的两种疲劳裂纹扩展速率预测方法对其进行预测,并同试验结果进行对比。对比分析表明,两种方法对材料的疲劳裂纹扩展速率行为预测均具有较高的模拟精度,而理论预测模型相比有限元模拟方法预测范围拓宽,预测精度更好,方便于根据包括材料手册的资料中低周疲劳Manson-Coffin试验关系来直接获取I型裂纹疲劳裂纹扩展速率表达式。     

复合材料飞机结构综合优化设计技术研究

针对复合材料前掠翼进行了综合设计优化。建立了多极混合优化设计模型。同时提出了用混合有限元模型实现系统层优化设计的方法。通过三级混合优化设计模型,初步实现了对前掠机翼结构的综合优化设计,一方面达到了提高机翼结构稳定性的目标,另一方面也对机翼层合板结构的铺层顺序实现了铺层设计。     

船体结构冰载荷反演方法及试验验证

冰载荷是影响船舶冰区航行期间结构安全的重要环境载荷。船舶的冰压监测通常采用应变传感器,合理地布放传感器是识别冰载荷的基础。通过对比船体外板结构试验中的冲击载荷和不同测试方案下的应变信号,确定了最佳应变传感器布放方案;采用Green核函数方法建立了船体外板结构应变冲击载荷间的响应关系,并对采集信号在噪声影响下反演的不适定性进行了分析;采用Tikhonov正则化方法克服了载荷反演过程中出现的数值不稳定问题;最后将试验中的响应用到载荷识别分析中,反演的载荷可以较为准确地反映冲击载荷的时域特征并且载荷识别精度良好。     

飞机结构经济寿命可靠性设计与评定

从经济性和维修性的要求出发,保证飞机结构在使用寿命期间内,在规定的工作条件下完成规定的功能后,因疲劳断裂失效的可能性(失效概率)减至最低程度。为了满足经济寿命的要求,科学地确定飞机结构的目标设计寿命,将安全寿命设计与损伤容限设计有机结合,以此建立飞机结构经济寿命耐久性模型,合理地制定检修周期,既能做到充分挖掘飞机结构潜力,又能保障个体飞机结构安全。将飞机结构安全寿命可靠性设计发展为飞机结构经济寿命可靠性设计,为飞机长寿命、高可靠性和低成本的目标研制构建了理论框架。     

Comparison of Damage Distribution and Ultrasonic Nonlinear Responses of Two Typical Plate Structures

Russian Journal of Nondestructive Testing - In engineering, it is important to evaluate the structures' health on early time. Due to the excellent sensitivity to micro defects, ultrasonic...     

老龄飞机MSD结构剩余强度评定技术

讨论了多部位损伤(MSD)对结构安全性的影响和MSD结构安全性评定所赋予的新内容。通过等距等长共线孔孔边裂纹平板和等距等长共线裂纹平板的剩余强度计算,研究分析了MSD结构剩余强度评定中裂纹之间的相互作用、材料塑性、裂纹连通准则和破坏准则等关键技术。     

对接结构多部位损伤裂纹发生概率预测

针对飞机结构的多部位损伤问题,本文基于疲劳统计学原理,结合S-N曲线得出了多细节带孔对接板各细节处裂纹疲劳寿命的概率分布,并利用蒙特卡罗模拟方法预测了对接结构孔边出现多部位损伤裂纹的先后顺序.进行了多细节带孔对接板的拉-拉疲劳试验,预测结果和试验结果吻合良好.     

增强飞机损伤容限的设计一体化探讨

为了提高未来军用飞机的作战效率,在设计的早期就要考虑到飞机的损伤容限而对飞机进行一体化设计。本文讨论了飞机生存力的设计要求,以及战斗损伤容限和具有很强生存能力飞机的设计方法。     

一种飞机结构损伤数据管理系统的设计与实现

飞机结构损伤数据是飞机结构强度试验数据的重要组成部分,为了高效地收集管理这些数据信息,本文设计并实现了一种基于B/S架构的飞机结构损伤数据管理系统.该系统采用ASP.NET技术开发,划分为表示层、业务逻辑层和数据访问层.使用SQL Server对试验数据进行管理,通过ADO.NET技术实现对数据库的访问.采用存储过程分...     

飞机双弹洞损伤整体胶接修补技术参数分析

结合飞机战伤实际可能出现的多弹洞损伤整体修补问题,本文以双弹洞损伤结构为研究对象,采用Farhad Tahmasebi胶接弹簧元修补模型进行了数值模拟,详细分析了两种典型类型的双弹洞损伤整体胶接修补结构中双弹洞相对位置、补片尺寸以及厚度对修补后强度的影响。主要结论:(1)双洞间距的差异影响修补效果;(2)胶膜的承剪能力对修补效果的影响很大;(3)含贯穿性裂纹的双弹洞损伤与无贯穿性裂纹的双弹洞损伤相比,从修补效果到修补方法,都有较大差异。     

变速器结合面的密封性有限元仿真与试验验证

针对某款纵置变速器在市场上反馈结合面有渗油,首先,用有限元方法分析壳体结合面的静态间隙,再考虑变速箱的一挡和倒挡工况,分析壳体结合面的动态间隙;然后,针对该壳体做了面压试验,验证了理论分析的正确性,同时找到漏油是由于壳体结合面质量造成;最后,模拟变速器的实际装箱条件,涂上密封胶后再做面压试验,结果显示结合面的压力均匀,结合面密封可靠,证明理论设计无问题,为变速器壳体结合面密封性研究提供参考。