复合材料层压板疲劳模量模型及寿命估算

提出基于单向板单轴疲劳试验数据预测层压板疲劳寿命的模型.采用疲劳模量构造典型应力比下的寿命曲线和损伤函数,利用等寿命曲线求出任意应力比下的疲劳寿命,引入复合累积损伤变量计算单向板多轴循环应力下的疲劳寿命;层压板的疲劳寿命预测以单向板多轴疲劳寿命为基础,通过层压板应力分析、失效分析和材料性能退化的循环迭代过程计算寿命;编写层压板疲劳寿命计算程序,寿命预测结果与试验结果吻合良好.     

冷轧钢压印接头拉伸-剪切和疲劳性能研究

对冷轧钢圆形连接点和矩形连接点的压印接头进行拉伸-剪切试验,研究连接点形状对接头拉伸-剪切性能的影响.并对圆形连接点压印接头进行疲劳试验.试验结果表明,两种接头拉伸-剪切强度和刚度相当.圆形连接点拉伸-剪切过程中的能量吸收值大于矩形连接点,矩形连接点的失效形式为上板拉脱失效.应力比R=0.5,当最大疲劳载荷为接头强度的95％时,接头循环寿命可以达到137万次,为80％时,可以达到疲劳极限500万次.疲劳失效形式为上板接头处产生裂纹,裂纹方向与加载方向大致呈90°.提出了圆形点压印接头的拉伸-剪切强度预测公式和疲劳寿命计算公式,拉伸-剪切强度公式的误差为6.9％.     

基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析

预测承受随机载荷结构件的疲劳寿命是一个复杂的问题,应用Miner线性损伤准则经常会得出偏于冒险的寿命预测。非线性累积损伤理论考虑了加载顺序对疲劳寿命的影响,精度更高,但计算繁琐,且未能用于频域寿命计算。文中给出了一种基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析方法,该方法将频域疲劳寿命的预估结果平分为若干段,考虑顺序效应对每一段结果进行修正并叠加,得到修正的振动疲劳寿命结果,通过简单试验件试验验证了该方法的准确性,对于某加筋板结构在动力学准确建模、多轴应力等效的基础上进行寿命估算,结果证明了方法的有效性和工程可用性。     

基于损伤力学-临界面法预估多轴疲劳寿命

基于损伤力学理论建立的非线性疲劳寿命预估模型在多轴疲劳寿命预估中获得了广泛的应用,但该模型并未考虑损伤面发生的位置及其物理意义,将其与临界面法相结合提出一种新的多轴非线性疲劳寿命预估模型,新模型能够弥补现有的非线性疲劳寿命预估模型未考虑临界面物理意义的不足。新模型从损伤的角度来预估多轴疲劳寿命,不仅考虑了临界面上裂纹形成及扩展的物理意义、相位差对附加强化现象的影响,而且对非对称加载下的平均应变进行修正。新模型仅仅利用单轴疲劳试验数据以及单轴疲劳材料常数就可以预估出试样的多轴疲劳寿命,从而避免了代价高昂的多轴疲劳试验。采用45钢、316不锈钢、钛合金TC4三种材料的多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,对几种材料比例/非比例以及对称/非对称加载下的多轴疲劳寿命进行预估,预估结果与试验结果的误差都在5%以内,结果表明提出的多轴非线性疲劳寿命预估模型具有较高的预估精度。     

2A12航空铝合金多轴疲劳试验及应力准则寿命预测模型研究

针对多轴疲劳失效问题,选取2A12航空铝合金进行应力幅比变量、相位差变量和平均应力变量的多轴疲劳试验。对常用的3种多轴疲劳应力准则寿命预测模型（即Lee准则、Carpinteri准则和Sines准则）进行讨论,并通过引入应力幅比参量和相位差参量,提出基于Carpinteri准则的修正模型。将不同条件下2A12航空铝合金的试验寿命与不同应力准则下模型的预测寿命进行比较,结果表明：Lee准则对上述多轴疲劳试验的预测结果过于危险;Carpinteri准则和Sines准则由于未考虑拉-扭应力幅比和相位差因素,预测寿命与实际寿命相比均出现了较大偏差;修正后的应力准则寿命预测模型在不同条件下90%的寿命预测数据在两倍误差带内。     

剪切载荷下圆形和菱形开口层压板承载能力对比研究

基于剪切载荷工况,采用试验和数值计算模拟方法研究含圆形开口、菱形开口复合材料层压板承载能力及其失效模式。研究结果表明：层压板重量相同、开口可达性相同和铺层角度信息相同的前提下,菱形开口层压板承载能力大于圆形开口层压板承载能力;基于非线性连续介质损伤力学(CDM),采用最大应变失效准则预测纤维损伤、三维非线性Puck失效准则预测基体损伤,构建含开口层压板三维有限元模型并进行数值计算模拟,通过与试验结果对比,表明该模型能有效预测含开口层压板承载能力及其失效模式。     

疲劳失效准则在钛合金BT9低周疲劳寿命估算中的应用

在应变控制条件下对钛合金 BT9进行了单轴拉 -压、纯扭及拉 -压与扭转比例加载的低周疲劳试验 ,得到了相应的试验结果。讨论了几种寿命预测准则及其寿命预测精度。在分析 Brown- Miller理论及 Makinde-Neale广义疲劳失效准则的基础上 ,提出了 Makinde-Neale广义疲劳失效准则的变异方程。应用所提出的方程对钛合金 BT9进行了多轴应变条件下的寿命预测 ,并得出了更为符合试验结果的预测结果     

一种基于平均应力强度因子的焊点疲劳寿命预测方法

传统的焊点疲劳仿真分析方法主要有基于力的LBF方法和基于应力的LMS方法,针对这两种方法所存在的预测精度不高、建模和计算效率偏低等问题,提出一种新的焊点疲劳寿命预测方法,该方法从断裂力学的角度考虑焊点的疲劳失效,采用一种模块化焊点模型,通过有限元提取焊点周围各节点的节点力和力矩,进而推算出焊点裂纹在板厚扩展路径上的平均应力强度因子作为疲劳寿命的评价参量。通过对HSLA340GI和DP600GI两种高强钢材料、4种不同厚度的电阻点焊接头进行剪切疲劳试验,将该平均应力强度因子与试验所得的焊点疲劳寿命数据进行双对数回归分析,得到一条平均应力强度因子与疲劳寿命的拟合曲线作为焊点的疲劳寿命预测曲线,并与传统的LBF和LMS方法进行预测精度的对比分析,结果表明本文的焊点疲劳寿命预测方法的预测精度高于传统的LBF和LMS方法。     

柴油机连杆疲劳失效的影响因素分析

运用有限元方法与疲劳寿命预测理论,对柴油机连杆在疲劳耐久性试验条件下的三维应力分布和疲劳寿命进行了数值模拟。通过对比连杆疲劳试验与寿命预估结果,结合连杆疲劳断口的微观分析,表明残余压应力使疲劳裂纹源的位置向连杆次表层推移,对高强度连杆的疲劳寿命具有重要影响。     

垂尾与机身连接接头拉伸角盒疲劳寿命分析

为了更好地观测垂尾与机身连接接头拉伸角盒的疲劳裂纹产生、扩展,设计出更加符合要求的试验夹具,一般会在试验前对试件的破坏部位及寿命进行预估.本文采用工程法和有限元法相结合的手段对角盒结构进行了疲劳寿命预估分析,给出了其危险部位及预估寿命.此外,根据该盒段试验测量数据,对所预估的疲劳寿命进行了对比分析,阐明了所预估结果的可...     

Impact damage and hygrothermal effects on fatigue bending strength of orthotropy composite laminates

This paper focuses on fracture mechanisms experimentally based on the scanning acoustic microscope (SAM) when subjected to impact damages, i. e., foreign object damages (FOD), and also on the influence of impact damages and hygrothermals on residual fatigue bending strength of CFRP laminates. Composite laminates used in the experiments are CF/Epoxy orthotropy laminated plates, [0₄/90₄]_s. A steel ball launched by an air gun impacts on CFRP laminates to generate impact damages. Bending fatigue tests are periodically interrupted for a nondestructive evaluation (NDE) measurement of the progressive damages to build the fracture mechanism based on impact damages, and three-point fatigue bending tests are carried out to investigate the influence of hygrothermals on the effect of the residual bending fatigue strength of CFRP laminates.     

基于累积损伤的三维复合材料层合板疲劳寿命研究

基于渐进疲劳损伤模型,建立复合材料层合板的三维疲劳寿命预测模型,模型以单向板单轴疲劳试验数据为基础,结合正则化剩余刚度模型、正则化剩余强度模型和等寿命曲线,通过层合板三维应力分析、失效分析和材料性能退化的循环迭代进行疲劳寿命计算,在Ansys软件平台上利用APDL语言编写相应的计算程序,估算不同铺层参数层合板在单轴和多...     

Effect of various surface preparation techniques on the delamination properties of vacuum infused Carbon fiber reinforced aluminum laminates (CARALL): Experimentation and numerical simulation

Carbon fiber reinforced aluminum laminates (CARALL) are one of the aluminum based Fiber metal laminates (FMLs) which, due to their high strength to weight ratio and good impact resistance are greatly replacing aluminum alloys in aircraft structures. In this research work, interlaminate shear strength of Vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) manufactured CARALL has been investigated. Numerical simulation model incorporated with real time material data has been developed to predict the delamination behavior of CARALL laminates. Standard CARALL specimens with different surface morphologies were prepared by electric discharge machining, mechanical, chemical and electrochemical surface treatments. T-peel tests were carried out according to standard ASTM D1876-08 to find out inter laminate shear strength. FMLs made out of mechanically, chemically and electrochemically cleaned metal sheets depicted high interlaminate shear strength. SEM micrographs of failed surfaces verify the high adhesive strength of epoxy. Developed numerical simulation model accurately predicts the delamination behavior of CARALL as observed during experimentation.     

A study on residual fatigue bending strength and damage behavior of CFRP composites subjected to impact loadings

This paper evaluates the static and fatigue bending strengths of CFRP (carbon-fiber reinforced plastic) laminates having impact damages, e.g., foreign object damages (FOD). Composite laminates used in this experiment are CF/EPOXY and CF/PEEK orthotropy laminated plates with two-interfaces [0°₄/90°₄]_s A steel ball launched by an air gun collides against the CFRP laminates to generate impact damages. The damage growth during a bending fatigue test is observed by a scanning acoustic microscope (SAM). When the impacted side is compressed, the residual fatigue bending strength of CF/PEEK specimen P is greater than that of CF/EPOXY specimen B. On the other hand, when the impacted side is in tension, the residual fatigue bending strength of CF/PEEK specimen P is smaller than that of CF/EPOXY specimen B. In the case of impacted-side compression, the fracture is propagated from the transverse crack generated near the impact point. In the case of impacted-side tension, however, the fracture develops toward the impact point from the edge of interface-B delamination.     

基于HyperWorks 的不同铺层方式复合材料剪切强度有限元分析

剪切强度和剪切韧性是反映复合材料构件在复合受力状态下承载能力及耗能能力的重要指标,不同铺层方式的单向玻璃纤维与短切玻璃纤维混杂增强复合材料层合板的层间剪切性能有明显差异。文中基于HyperWorks 商用有限元软件建立了精确的复合材料层合板模型,通过数值模拟分析不同铺层方式复合材料层合板的层间剪切性能。研究结果表明,铺层材料对复合材料层合板的层间剪切性能影响较大,而铺层顺序对复合材料层合板的层间剪切性能影响较小。     

Properties and prospective applications of ultra thin layered rubber-metal laminates for limited travel bearings

Limited and/or oscillating motions represent the most severe operating conditions for conventional bearings, both sliding and antifriction. Thin-layered rubber-metal laminates seem to be ideal substitutes for conventional bearings for oscillating motions. This paper descirbes experimental investigations of the compression and shear properties of flat and spherical laminates. The very high compression stiffness and strength of the laminates are accompanied by low shear stiffness. Strong non-linearity of the hardening type in compression is accompanied by weak non-linearity of the softening type in shear. Substantial non-linearity in compression starts as early as at relative compression 0.001. Applications of thin-layered laminates for compensating couplings, U-joints, gears, vibration isolators and impact cushioning in joints of mechanisms are described. Expressions have been derived for efficiency of couplings and joints equipped with laminates     

超高强度钢十亿周疲劳研究

利用20kHz压电超声疲劳试验技术，对六种抗拉强度高于1500MPa的低合金钢进行测试。结果表明，这些材料并不存在传统规范中所谓的“疲劳极限”，它们在超过10^7，甚至10^9应力循环后仍然继续发生破坏，而且其S－N曲线表现出“阶梯”型特征。研究还发现，这些材料都存在一个分界应力幅值区间（或应力循环数区间，大约在10^6到10^7的平台内），裂纹萌生由试件表面向其内部转换。实验证明了十亿周级超高周疲劳裂纹由试件内部萌生的机理。     

日历腐蚀环境下LY12CZ铝合金力学性能研究

采用加速腐蚀当量折算谱模拟日历腐蚀环境，对飞机结构主体材料LY12CZ先做加速腐蚀后再进行疲劳试验，确定日历腐蚀环境对LY12CZ材料静强度和疲劳强度（S－N曲线）的影响。     

考虑修正平均等效应力强度因子的焊点缺陷疲劳寿命研究

提出了一种基于超声回波的焊点缺陷疲劳寿命预测评价方法。该方法采用模糊数学理论,基于超声回波特征获得损伤系数,然后综合考虑法向应力、剪切应力和初始缺陷的影响,将焊点缺陷在裂纹扩展路径上的修正平均等效应力强度因子作为疲劳评价的参量。通过对DP600GI材料的合格焊点、焊核过小焊点和烧穿焊点的接头进行疲劳试验,比较不同缺陷对焊接疲劳寿命的影响,得到一条修正平均等效应力强度因子与疲劳寿命的拟合曲线作为含初始缺陷的焊点疲劳寿命预测曲线,研究结果表明,该曲线能有效预测含初始缺陷的点焊接头的疲劳寿命。该方法有助于合理设计电阻点焊的缺陷容限。     

不同热处理对1Cr17Ni2钢材料性能及其应用的影响

研究两种不同热处理工艺对1Cr17Ni2钢材料性能的影响。通过相关的性能试验进行对比研究,试验包括抗拉试验、冲击韧度、应力腐蚀、常温拉伸疲劳、超声疲劳试验。研究结论为,对于1Cr17Ni2钢,使用相应于830MPa名义强度的热处理工艺,材料的综合性能优于名义强度为1080MPa的热处理工艺,这对在航空紧固件结构中合理选用1Cr17Ni2钢有实际指导意义。