航空发动机用聚四氟乙烯软管可靠性数值研究

在航空发动机中,外部管路常用于输送各部件间的燃油、滑油和空气等介质,是使用最多的零部件之一,是航空发动机的“血管”,其可靠性直接影响发动机的安全性。以航空发动机外部管路聚四氟乙烯软管为研究对象,采用数值计算分析方法,开展软管精细化数值仿真和软管在不同状态下疲劳试验等工作,分析压力载荷,外部振动,环境温度,以及安装的弯曲半径等因素对软管疲劳寿命的影响,计算表明,压力载荷、弯曲半径对软管可靠性影响较大,温度和管接头扭转对软管的可靠性也有较大的衰减。     

航空发动机用聚四氟乙烯软管内压载荷下振动特性的研究

为了分析用于航空发动机管路系统中的柔性软管的振动特性,搭建了激励振动试验台,采用锤击法测量七种规格聚四氟乙烯软管在空载条件和充液加压条件下的自由震荡衰减曲线,得到固有频率和阻尼比,以及测量了软管在不同压力载荷下的轴向应变和周向应变,得出软管应变分布随着压力载荷变化的规律。结果表明：充液加压工况下软管固有频率远小于空管的固有频率,在最大工作压力范围内,随着压力增加,固有频率仅小幅度增加,因此在对发动机管路系统进行调频时,应主要考虑管路介质因素而可以忽略压力的影响。随压力载荷增加,软管应变呈现非线性变化,沿管长方向分布比较均匀且以轴向拉应变为主,拉应力引起的弯曲刚度增强,导致固有频率下降。     

钢丝绳拉伸疲劳寿命仿真分析与试验研究

为研究钢丝绳在拉伸载荷下的疲劳寿命预测问题,以6×36 WS结构钢丝绳为研究对象,建立了钢丝绳的有限元模型,仿真分析了其在轴向拉伸载荷下的应力分布。对仿真结果中应力最大的钢丝进行拉伸疲劳试验,得到钢丝试件的载荷寿命曲线。在此基础上进行了钢丝绳疲劳寿命的仿真分析,并通过钢丝绳的疲劳试验进行了验证。钢丝绳疲劳仿真结果表明,在轴向拉伸载荷作用下,最大应力位于相邻两个绳股接触区域,对应的此处区域疲劳寿命最短。钢丝绳疲劳寿命仿真与试验结果具有较好的吻合度,由仿真数据拟合的载荷寿命曲线为钢丝绳疲劳寿命的预测提供了依据。     

TC4钛合金焊接接头疲劳性能试验研究

对TC钛合金焊接试样进行了低周疲劳试验，在应变控制试验条件下，得到了焊接接头疲劳裂纹萌生寿命。选取弹性模量的变化间接反映焊接接头中的损伤，对焊接结构疲功损伤变化规律进行了探讨并建立了相应的应变－寿命预测方法，研究结果为航空发动机焊接结构寿命的预测提供了参考依据。     

基于应力概率密度和功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法研究

针对航空发动机燃烧室火焰筒结构的声疲劳问题,研究了一种用于随机载荷下结构疲劳寿命预估的有效方法。首先,对薄壁结构在随机载荷作用下的Von Mises应力过程的概率分布作了研究,给出了应力峰值概率密度函数的表达式。基于Miner线性理论,提出了基于应力概率密度和功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法,并建立了疲劳寿命预估模型。以某型航空发动机燃烧室火焰筒结构为例,在采用耦合的有限元和边界元方法计算出随机声疲劳应力基础上,应用所建立的模型进行了疲劳寿命估算,并对计算结果进行了宽带修正。结果表明,该方法对航空薄壁结构随机疲劳寿命分析具有实用性。     

基于小裂纹理论的铸造钛合金ZTC4疲劳寿命预测

铸造钛合金ZTC4在飞机和航空发动机上应用日益广泛.深入研究ZTC4疲劳全寿命预测方法,旨在为航空构件的损伤容限设计和寿命预测探索新的途径.本文以宏观和微观结合的手段,采用板材试样的高周疲劳试验、中心裂纹试样的长裂纹扩展试验和扫描电子显微镜(SEM)的断口分析等三种试验,研究了ZTC4在室温恒幅载荷条件下的疲劳断口特征和裂纹扩展行为;对引起疲劳失效的主要原因-材料初始缺陷(夹杂或气孔)进行了定量表征;基于Newman裂纹闭合模型建立了ZTC4长裂纹的(da/dN)-△Keff基线数据;通过对平板内埋椭圆裂纹的断裂力学分析,从基于微观结构和断口分析统计确定的初始缺陷尺寸出发,对ZTC4在恒幅载荷条件下两种应力比的疲劳全寿命进行了预测和实验验证,得到了具有较好学术意义和工程应用价值的研究结果.     

AZ91D室温环境棘轮及其低周疲劳行为

通过AZ91D室温环境应力控制下的低周疲劳试验,对铸造镁合金棘轮及其低周疲劳行为进行了研究,讨论了室温环境下材料的应力循环特性、棘轮行为、塑性应变范围、全应变范围等疲劳参量随载荷水平和加载历史的变化规律,同时基于平均应力修正对材料的应力-寿命曲线进行了讨论。研究结果表明:AZ91D在室温环境下的应力循环呈循环硬化,材料的棘轮行为和塑性应变范围、全应变范围等疲劳参量依赖于载荷水平和加载历史,另外考虑平均应力修正后的应力-寿命曲线预测效果有明显改观。     

非比例载荷下缺口件疲劳寿命预测

针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢缺口件进行了一系列非比例载荷低周疲劳试验,采用直流电位差法测量裂纹萌生寿命,比较了缺口半径和应变路径对疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明,缺口件裂纹萌生寿命占总寿命的比例与材料类型、应变路径相关,更与缺口半径尺寸直接相关。同一路径下,随着缺口半径增加,裂纹萌生寿命所占比例增大。采用Neuber律进行缺口局部应力-应变损伤的计算,结合Smith-Watson-Topper (SWT)模型和Kandil-Brown-Miller (KBM)模型进行疲劳寿命预测。结果表明,除单轴路径和比例路径外,SWT模型得到的预测结果偏于不安全;KBM模型除对单轴预测偏于保守外,其他预测值较好,总体预测结果位于2倍分散带内。     

航空发动机外部管路振动疲劳寿命估算方法研究综述

航空发动机外部管路长期在振动环境下工作，易产生振动疲劳损伤与失效。根据振动疲劳寿命估算方法，分析了时域和频域下航空发动机外部管路的振动疲劳寿命估算方法。给出了时域法和频域法对航空发动机外部管路寿命估算的适用特点，为航空发动机外部管路的振动疲劳寿命估算提供了理论依据。     

考虑平均应变的低周疲劳寿命本征损伤耗散预测方法

金属构件疲劳破坏是工业中常见的破坏形式。为了提高构件疲劳寿命的预测精度，针对低周疲劳载荷下平均应变对疲劳寿命的影响，基于连续介质损伤力学及其不可逆热力学框架，并引入Ramberg-Osgood循环本构模型，以等本征损伤耗散功作为等寿命条件，建立了一种考虑平均应变的低周疲劳寿命预测模型。为对比验证新建模型的有效性和先进性，采用新建模型、修正的Ohji模型、Sandor模型和Wei-Wong模型分别对叠加平均应变的45钢和2124-T851铝合金的低周疲劳寿命进行了预测，并与对应的试验结果进行对比。结果表明：新建模型的预测结果与试验结果吻合较好，其预测效果优于现有模型。基于本征损伤耗散理论的疲劳寿命预测方法为金属材料疲劳寿命的预测提供了新思路。