基于抗振动疲劳的薄板加筋设计分析

振动是航空薄板常见的载荷形式,通常采用加强筋来减小振动幅度,从而提高薄板寿命.研究薄板的抗振动疲劳加筋方法,探讨加强筋与板的连接方式以及加强筋的布置方向对薄板振动与疲劳的影响机制.首先,基于振动理论和板筋变形协调条件,建立加筋薄板的运动方程.然后,建立铆接、点焊和滚焊连接形式的加筋薄板有限元模型,探讨连接单元的动力学建模方法;在此基础上,研究连接形式和加筋安装方向对薄板结构动力学特性的影响;最后,结合动力响应分析探讨板筋连接方式和加筋安装方向对疲劳寿命的影响.研究结果表明,双向加筋薄板在低频振动时刚度高于单向加筋薄板,双向加筋有利于提高结构抗疲劳强度,铆接单向加筋薄板的振动疲劳寿命最短.     

某压缩机法兰与钢管焊接接头焊缝开裂失效分析

某平台湿气压缩机法兰与钢管焊接接头焊缝发生开裂失效,采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、力学性能试验、扫描电镜分析和能谱分析等方法对焊缝的开裂原因进行了分析。结果表明:焊接接头结构的不合理和焊缝内部的未熔合缺陷造成局部应力集中,并导致焊接接头的疲劳极限下降,在应力作用下法兰一侧切口处焊缝根部与未完全熔合的法兰母材交界处形成裂纹源;在外部循环载荷作用下,裂纹逐渐向外表面扩展,当达到焊接接头的疲劳极限时,焊缝即发生开裂。     

超空泡射弹尾拍结构动力学响应分析

超空泡射弹在运动过程中存在尾拍现象,导致结构发生振动,影响射弹的弹道稳定性,降低射弹结构的可靠性。该文建立了射弹无约束动力学方程,使用有限元法求解得到了超空泡射弹在尾拍载荷作用下的动力学响应,并对射弹的加固模型进行了分析,给出了环状加强筋个数、直径以及间距对降低射弹振幅效果的影响。研究结果表明:超空泡射弹在尾拍运动过程中转动周期和幅值随加强筋个数的增大而增大;射弹头部的弹性振动幅值随加强筋个数和直径的增大而减小,振动周期亦随加强筋个数的增大而减小;加强筋距离的减小,对于降低射弹中部振幅效果明显,但对射弹头部的振动几乎没有影响。     

爆破应力波对邻近圆形隧道的动力扰动特征

开挖爆破产生的地震波会诱发邻近隧道的动力响应,威胁邻近地下结构的稳定性。针对爆破应力波引起邻近隧道的质点振动和动应力集中效应,采用数值模拟方法,分析了爆破地震波中的P波对邻近圆形隧道的动力扰动特征。计算结果表明,应力波通过圆洞时,围岩中的主应力方向和动应力集中系数分布形态均与等效静态加载时相似,附加的动应力仅对圆洞洞壁附近围岩的主应力量值产生影响,而对洞壁以外围岩的主应力量值和主应力方向都将产生影响。其次,应力波通过圆洞时还将诱发振动速度集中现象,围岩质点的振动方向与波的传播方向总体一致,其振速集中系数与动应力集中系数的分布特征不同,且其最大值点位置相差约90°,这表明质点振动速度最大的位置并非动应力集中系数最大的位置。另外,圆洞洞壁最大振速集中系数随正则化波数的增加而增大,而最大动应力集中系数随正则化波数的增加而先增大后减小。     

平均应力对低碳钢低周冲击疲劳强度的影响

作为对海浪引起的随机载荷下船舶结构部件的冲击疲劳的基础研究,对平均应力对低碳钢冲击疲劳强度的影响进行了试验性研究。在系统地改变应力比的交变轴向载荷条件下,对四种具有应力集中系数K_t=1～4.7的圆棒进行了低周冲击疲劳试验。还对这些同样试样进行了普通疲劳试验,以便与上述试验结果进行比较。试验结果归纳如下: (1)光滑试样的断裂过程是蠕变型的,而具有大K_t值的缺口试样的断裂是开裂型的,与应力比R(最小应力■与最大应力■之比)无关。具有小K_t值的试样的断裂随应力大小和应力比的不同而不同。 (2)在蠕变型情况下,永久变形速率■和断裂循环数N_f之间的关系与R无关,但应力幅度■(=(■(1-R)/2)和N_f之间的关系明显地取决于R。在其它情况下,■和裂纹发生循环数N_c以及断裂循环数N也明显取决于R。 (3)由上述结果可以发现,除具有很大K_t值的缺口试样以外,对每种试样应力幅度■和平均应力■之间关系都可写成如下形式:式中:■应力比R=-O.8的应力幅度;■:每种试样的最大应力 (4)由普通疲劳试验获得的疲劳性状几乎和由冲击疲劳试验获得的疲劳性状相同,但应力比对疲劳性状的影响程度低于冲击疲劳试验的情形。     

输油软管开裂原因

某飞机输油软管发生漏油现象,经检查为软管开裂所致.采用宏观观察、断口分析、红外光谱分析和热失重试验等方法,对软管开裂的原因进行了分析.结果表明:输油软管的开裂性质为疲劳开裂,裂纹起源于螺纹凹槽的根部;输油软管装配后产生应力老化,导致其疲劳性能下降,在振动和内部燃油压力等交变应力的作用下裂纹从凹槽根部的损伤位置起源,并最...     

焊接残余应力调控技术的研究与应用进展

残余应力在焊接构件中普遍存在，不均衡分布的残余应力是构件变形和开裂的根源，直接影响焊接构件的承载能力、稳定性和服役寿命。焊接残余应力随构件服役环境及外界载荷变化而动态分布，对残余应力的消减、均化应贯穿焊接构件设计、生产和服役全生命周期。焊接变形及残余应力控制关键在于塑性区的调控，合理的焊接顺序能有效降低工件应力集中并改善其分布状态，及时的焊前预热及焊后回火能有效降低接头温度梯度、松弛应力集中、消减残余应力。对焊缝的锤击松弛处理能抵消部分焊缝区收缩，减小残余拉应力。对焊缝及周边区域施加拉伸、振动时效、超声冲击和喷丸强化等力学形变载荷，可与焊件内部应力叠加促进塑性形变，释放、均衡残余应力。这些方法各有优势，但均需密切结合构件材料、结构及性能控制要求来进行选择。随着制造业转型发展及绿色环保政策驱动，未来工程装备残余应力调控技术会向绿色环保、柔性高效、过程可控、专业化方向转变。     

K节点应力集中系数的试验和数值研究方法

工程中常用的评价海洋平台中管节点疲劳寿命的方法是使用S-N曲线。当管节点承受疲劳载荷作用的时候,可以通过数值或者试验方法得到沿着焊缝处的热点应力幅的大小。然后通过S-N曲线,可以预测此节点在破坏前可以承受疲劳载荷的循环次数。应力幅的大小可以由应力集中系数这个参数来确定。对K型节点在承受基本载荷作用下的应力集中系数进行了数值和试验分析,得到了各种基本载荷作用下K节点沿着焊缝处应力分布情况和极值应力点的位置。     

国产轿车后轴强化路耐久性断裂试验研究

为研究国产某型轿车试验场强化路可靠性试验阶段出现的后轴断裂问题,采集断裂部位附近的应变载荷谱,应用Neuber法则和循环应力-应变滞回环曲线方程,将名义应变历程转换为断裂位置的局部应力-应变响应,根据Manson-Coffin模型修正平均应力对疲劳损伤的影响,在INFIELD软件中编程计算断裂裂纹处的损伤。利用电磁激振器对后轴与车身进行振动模态扫频,识别后轴振动频率与强化路激励频率及车身振动频率关系。试验结果表明,裂纹处的疲劳损伤主要集中在搓板路面,搓板路强迫振动激励频率为24.07Hz时,后轴振动模态频率与搓板路激励频率较接近而引发共振,致使后轴因高应力集中产生较大应变和疲劳损伤发生振动疲劳断裂。     

陶瓷基复合材料疲劳特性的研究

应用相变增韧、相变-晶须复合及相变-颗粒复合三种方式来改善氧化铝陶瓷的力学性能,研究了陶瓷基复合材料的疲劳特性。 在循环压缩载荷作用下,陶瓷材料的应力集中处(如缺口)会产生垂直于压应力轴的疲劳裂纹,随循环周次的增加,裂纹的扩展由快到慢,最终完全停止。循环压缩疲劳裂纹的形成机理是较大的应力集中使材料内出现以微裂纹为主要形式的不可逆损伤,在随后的卸载过程中,不可逆损伤区产生很高的残余拉应力,使疲劳裂纹形核并逐渐扩展。 陶瓷材料在四点弯曲循环载荷作用下,疲劳裂纹具有较长的亚临界扩展过程。裂纹护展速率与循环载荷的最大应力强度因子K_(max)及应力强度因子幅度△K都有关,且随载荷频率的降低及载荷波形由三角波变为正弦波,裂纹扩展速率增加。陶瓷材料四点弯曲疲劳裂纹的亚临界扩展是材料内损伤逐渐累积的结果。疲劳过程中材料通过形成微裂纹及裂纹分叉、克服增强物的阻碍及裂纹表面的桥接与互锁作用、产生裂尖微区内的塑性变形及部分稳定ZrO_2的相变等方式来消耗能量,在材料内造成以微裂纹为主要形式的微观损伤,从而弱化了材料,使疲劳裂纹得以亚临界扩展。 陶瓷材料在1050℃高温下的强度约为其室温强度的一半。陶瓷材料的高温循环疲劳是高温静载效应与循环载荷效应的迭加,1050℃下,循     

滚动接触条件下铁基涂层的疲劳磨损寿命实验研究

利用超音速等离子喷涂技术在45钢表面制备了铁基合金涂层,利用球盘式疲劳磨损实验机评价了铁基涂层在两种载荷条件下的疲劳磨损性能,利用两参数Weibull分布表征了涂层的疲劳寿命,采用扫描电子显微镜(SEM)分析了涂层的微观结构和失效形貌,利用有限元方法研究了涂层内部应力分布.实验结果表明,载荷条件可以显著地影响涂层的寿命和失效形貌,高载下涂层的寿命明显降低;随着载荷的增加,主要失效形式由表面磨损失效转换成剥层失效,其中表面磨损是由于粗糙接触引起,而剥层则与应力分布机制有关.     

发电厂锅炉引风机叶柄断裂原因分析

本文采用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪对引风机叶柄断裂原因进行了分析。叶柄断裂位置螺纹根部可见明显的加工刀痕,在尖锐处存在应力的最大值,引起应力集中。在拉应力、弯曲及扭转应力作用下,可能导致裂纹的萌生。另外,风机在运行过程中振动疲劳与旋转弯曲疲劳联合作用,亦将引起叶柄断裂的扩展,导致叶柄最终断裂。     

三维机织碳/碳复合材料双轴压缩载荷下的力学行为

基于三维机织碳/碳复合材料的细观结构特征, 设计平板十字形试样, 在材料双轴力学性能试验机上开展了复合材料单轴、 双轴加载压缩试验, 对比分析了三维机织碳/碳复合材料在双轴压缩载荷下的力学行为。研究表明: 三维机织碳/碳复合材料的压缩行为表现为非线性、 脆性断裂; 双轴载荷作用下非线性特征更为显著, 压缩模量随应力的增加而增大, 强度与模量相较于单轴有较大幅度增加, 双轴压缩载荷作用下材料的强化效应显著; 试样破坏位置并未出现在试样中心区, 而是发生在试样的加载端部或十字形试样的加载分枝根部, 主要表现为基体开裂、 纤维断裂和层间脱粘, 碳布及其层间界面剪切强度的强弱直接影响材料的压缩强度。     

基于迟滞耗散能的纤维增强陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法

纤维增强陶瓷基复合材料(CMCs)在疲劳载荷作用下,纤维相对基体在界面脱粘区往复滑移导致其出现疲劳迟滞现象,迟滞回线包围的面积,即迟滞耗散能,可用于监测纤维增强CMCs疲劳损伤演化过程。提出了一种基于迟滞耗散能的纤维增强CMCs疲劳寿命预测方法及考虑纤维失效的迟滞回线模型,建立了迟滞耗散能、基于迟滞耗散能的损伤参数、应力-应变迟滞回线与疲劳损伤机制(多基体开裂、纤维/基体界面脱粘、界面磨损与纤维失效)之间的关系。分析了疲劳峰值应力、疲劳应力比与纤维体积分数对纤维增强CMCs疲劳寿命S-N曲线、迟滞耗散能和基于迟滞耗散能的损伤参数随循环次数变化的影响。疲劳寿命随疲劳峰值应力增加而减小,随纤维体积含量增加而增加;迟滞耗散能随疲劳峰值应力增加而增加,随应力比和纤维体积分数增加而减小;基于迟滞耗散能的损伤参数随纤维体积分数增加而减小。      

镍基单晶合金中温疲劳性能应力集中敏感性

疲劳是涡轮叶片的一种主要失效模式.本文开展了DD11单晶合金在650℃中温条件下2种应力集中系数(K_t=1(光滑状态)、K_t=3(缺口状态))的旋转弯曲疲劳性能研究,对比了2种应力集中系数下的疲劳强度,并开展了相关断口分析.结果表明:应力集中系数由K_t=1增大到K_t=3时,疲劳极限由446 MPa降低为311 MPa,说明DD11单晶合金疲劳性能存在应力集中敏感性;疲劳寿命由10~5提高到10~7时,光滑状态由600 MPa降低为420 MPa,疲劳强度降低幅度为180 MPa,而缺口状态由370 MPa降低为290 MPa,降低幅度为80 MPa,说明应力集中条件下DD11单晶合金的疲劳寿命对于外载变化较敏感.断口分析表明,光滑试样断口(应力500 MPa/疲劳寿命9.7×10~5)由几个相交的光滑晶体学平面组成,疲劳源萌生在距表面100μm左右的铸造孔洞;缺口试样断口(应力340 MPa/疲劳寿命8.1×10~5试样)呈平面状,与应力轴垂直,为多源疲劳模式,疲劳源观察到小刻面,在加工刀痕不连续位置萌生.     

舰用变压器冲击响应计算

变压器是舰船电力系统的重要组成部分,其可靠性对于舰艇的生命力和战斗力有着非常重要的影响。利用ANSYS软件建立了某舰用变压器的有限元模型。通过对有限元模型进行结构振动模态分析,分析变压器的固有振型特性,验证模型的合理性。研究舰用变压器的冲击载荷,对变压器模型进行瞬态响应分析计算,得到变压器应力最大时刻和应力最大位置,并进行抗冲击载荷分析,有利于舰用变压器抗冲击性能的进一步研究。     

液压模块挂车刚柔耦合动态响应特性及摆臂疲劳分析

为了研究重型液压模块挂车动态响应特性及其摆臂疲劳强度的问题,基于有限元分析方法与刚柔多体动力学理论,建立挂车刚柔耦合多体动力学模型,以路面不平度作为仿真的激励信号,结合振动试验验证模型的准确性。对挂车在不同的运行工况下,进行动态响应仿真分析。将多体动力学仿真结果作为有限元分析的动载荷,计算获得疲劳分析所需要的应力时间历程,运用局部应力应变法对摆臂进行疲劳寿命预测。计算结果表明,摆臂应力集中部位出现在已发生断裂的断面位置及应力水平已进入塑性状态。挂车在B级、C级与D级路面下的运行,危险点的疲劳寿命均大于挂车使用年限。而在正弦形凹凸路面冲击下,危险点的疲劳寿命随正弦形幅值与车速增加而明显减短。根据仿真计算结果,可提出适用的运行工况以提高挂车运行安全性与运输效率。     

多轴低周载荷下钛合金BT9疲劳损伤的微观机理

应变控制比例及非比例载荷低周疲劳试验结果表明,非比例载荷下钛合金BT9附加强化程度很小,而疲劳寿命降低明显.采用透射电镜(TEM)对钛合金BT9的疲劳位错亚结构进行了观测和分析,结果表明,钛合金BT9比例、非比例载荷下出现的多滑移位错亚结构都呈条块状;位错密度随等效应变强度、相位角的增加而增加,且分布极不均匀;非比例载荷下钛合金BT9中的局部高密度位错是其低周疲劳损伤程度加剧及寿命降低的主要因素.     

某截止阀开裂原因分析

某截止阀在进行水压试验时发生开裂导致泄漏。通过宏观观查、金相检验、硬度测试、断口分析等方法对截止阀开裂的原因进行了分析。结果表明:截止阀的法兰和阀体材料为灰铸铁,与阀门表面标识不符,灰铸铁中石墨呈C型分布,且石墨长度较长,造成材料的力学性能较差;同时截止阀基体组织为铁素体,只有少量的珠光体沿着条状石墨边沿分布,造成材料的韧性下降。裂纹在阀体与法兰连接部位的应力集中处萌生并扩展,最终在较大应力的作用下形成穿透性开裂,造成阀门泄漏。     

热声载荷下薄壁结构非线性振动响应分析及疲劳寿命预测

基于时域分析法研究了金属薄壁结构在热声载荷下的非线性振动响应特性,并采用四种应力寿命模型预测了薄板梁的热声疲劳寿命。以典型薄板梁为研究模型,首先研究了单一噪声激励下薄板梁的时域响应特性及热载荷对其响应特性的影响机理,并仿真分析了薄板梁在热声激励下的非线性响应特性。在此基础上,运用雨流法统计了薄板梁根部的应力响应,并基于Miner线性累积损伤理论采用Goodman、Morrow、Walker和修正Walker应力寿命模型预测了薄板梁在不同工况下的热声疲劳寿命。研究结果表明：薄板梁的热模态基频在其热声疲劳问题中起主导作用;薄板梁热屈曲后的非线性跳变响应将增大应力幅值,从而严重削弱结构的预期寿命;噪声载荷是影响屈曲前薄板梁热声疲劳寿命的主要因素,而热载荷是影响屈曲后热声疲劳寿命的主要因素。因此在薄壁结构抗热声疲劳设计中必须重点考虑热声载荷联合作用的影响。