TC4板孔冷挤压强化残余应力分布与疲劳寿命

开展了不同挤压量下TC4钛合金板孔冷挤压强化有限元仿真研究,得到了挤压强化后最小截面的切向残余应力分布规律,分析了挤压量对受载试样孔边应力分布的影响,探讨了挤压量、残余应力和疲劳增益三者之间的内在关系。采用开缝衬套冷挤压强化工艺对TC4带孔板件进行冷挤压和疲劳验证试验。研究结果表明,挤压强化后的孔边切向压缩残余应力可以有效降低孔周应力集中程度,优化受拉试样最小截面应力分布,改变裂纹源的位置并延长疲劳裂纹的萌生和扩展寿命,有效提高试样疲劳寿命。综合仿真和疲劳试验得到TC4板孔最优挤压量为4%。     

TC4开缝衬套冷挤压残余应力分布有限元仿真

开缝衬套冷挤压工艺在孔的周围产生残余压应力,广泛应用于航空结构件疲劳增寿。冷挤压后孔周围的残余应力分布对预测带孔试样的疲劳寿命至关重要。针对开缝衬套冷挤压工艺构造了二维有限元模型,研究了TC4钛合金孔冷挤压后的残余应力分布,并对比了不同相对挤压量下试样中间层上最大残余压应力值,得到了初孔半径为3.175mm的孔的最佳相对挤压量。     

孔冷挤压强化疲劳增寿技术研究

研究了紧固件孔冷挤压强化技术,分析了其疲劳增益原理,并通过试验对比了开缝衬套挤压和芯棒挤压的疲劳寿命增益效果,结果显示采用开缝衬套挤压强化后,含孔结构件疲劳寿命显著提高。     

TA15钛合金连接孔滚柱挤压强化参数对残余应力及疲劳寿命的影响

滚柱挤压强化是重要的表面处理方法,能够在材料内部形成稳定的残余应力,进而有效提高结构的疲劳性能.针对TA15钛合金开孔结构,滚柱挤压强化参数对残余应力及疲劳寿命的影响规律有待进一步研究.基于Johnson-Cook方程建立了TA15滚柱挤压过程仿真模型,揭示了不同挤压量和摩擦因数下,残余应力的产生、扩展及影响范围,探讨了挤压后孔壁材料在周向及轴向的变形规律;开展了TA15开孔结构疲劳寿命试验,对比研究了挤压强化后疲劳寿命的增益效果.     

汽车控制臂后衬套台架试验疲劳寿命分析

实现多轴工况下的橡胶部件的疲劳寿命预测具有重要意义,对橡胶衬套的台架疲劳试验寿命进行预测,研究和分析实现衬套多轴疲劳寿命预测的一些关键问题。进行衬套部件的台架疲劳试验,获得了部件的试验疲劳寿命。选定疲劳损伤模型,进行橡胶材料的疲劳寿命测试,拟合模型参数;使用有限元仿真和线性叠加法计算得到衬套在台架疲劳试验中的应力和应变响应;对衬套的台架试验疲劳寿命进行预测,分析损伤参数、载荷相位、线性叠加等因素对疲劳寿命的影响。结果表明,该文的材料疲劳试验方法和寿命预测方法能够较好地预测橡胶衬套台架疲劳寿命;对于台架试验工况,损伤参数对寿命影响不大,载荷的相位对寿命影响较大,线性叠加引起的误差不大。     

孔挤压强化疲劳增寿效益的试验研究

为研究芯棒挤压和开口衬套挤压工艺的疲劳增寿效益,以及应力水平高低对增寿效益的影响,针对飞机结构中常用的铝合金和钛合金,设计孔表面状态分别为未挤压、芯棒挤压和开口衬套挤压的含孔细节模拟试件。通过模拟试件等幅谱下疲劳试验,获得裂纹形成、扩展和总寿命,通过对试验数据的统计对比分析,对芯棒挤压和开口衬套挤压工艺的疲劳增寿效益进行对比,研究应力水平高低对疲劳增寿效益的影响,分析在裂纹形成和扩展阶段的疲劳寿命增益。     

表面微观形貌特征对二次挤压强化孔疲劳性能影响

建立了孔的二次挤压强化疲劳仿真模型,探究孔壁表面微观形貌特征对强化孔疲劳性能的影响。采用Abaqus有限元软件及MSC. Fatigue疲劳分析软件,对孔的二次挤压强化过程进行了模拟并计算了强化孔的疲劳寿命。选取孔壁微元,用半椭圆微观缺口代表零件表面微观轮廓,通过有效应力集中系数K_f修正材料S-N曲线,探究了表面微观轮廓对二次挤压强化孔疲劳性能的影响。结果表明,二次挤压强化后孔壁产生残余压应力层,试验件疲劳寿命得到提高;孔壁微观缺口数目增加可以有效缓解应力集中系数,应力集中系数K_t与深宽比b/a及间宽比d/(2a)成正相关;二次挤压强化可以降低孔壁表面粗糙度21%～49%,能有效缓解缺口应力集中现象,提高孔的疲劳性能。     

孔挤压强化对7A85铝合金锻件组织和疲劳性能的影响

采用孔挤压方法对含孔的7A85铝合金锻件进行了强化,对比分析了孔挤压前后试样的疲劳寿命;通过扫描电镜、透射电镜以及X射线应力仪等研究了挤压前后试样的疲劳断口形貌、显微组织变化以及孔表层的残余应力场。结果表明:采用5.3%的挤压过盈量可达到最佳强化效果,其疲劳寿命是挤压强化前的11倍;孔挤压强化后,试样在强化层处产生位错缠结及残余压应力,可有效延缓疲劳裂纹的扩展,从而提高试样的疲劳寿命,压应力层深度约为4.7 mm,最大残余压应力出现在距孔边约1 mm处,其值为-319 MPa。     

钛合金耳片结构复合强化工艺参数匹配研究

为了提高航空耳片结构疲劳性能,建立TC4钛合金耳片孔开缝衬套冷挤压与干涉配合复合强化有限元模型,分析了复合强化工艺参数对孔周塑性变形及结构疲劳寿命的影响。设计耳片孔周残余应力测试试验,验证了模型的准确性。复合强化工艺参数的研究结果表明:孔壁材料随芯棒的塑性流动使孔壁变形量在厚度方向上分布不均,弹塑性边界随挤压量的增长向耳片外侧转移;交变载荷下应力幅值的最大值始终位于孔壁处,且入口处应力水平最高;针对TC4钛合金耳片结构,3%挤压量与1%干涉量的复合强化工艺参数组合,疲劳寿命增益效果最好。     

旋翼扭力臂孔多轴疲劳准则及挤压强化效果评估

扭力臂组件是直升机旋翼系统中的重要部件之一,在飞行过程中,其承受着复杂高频振动及交变载荷,所以紧固孔连接处易发生疲劳破坏。为了改善扭力臂孔的疲劳性能,通过三维非线性接触有限元对扭力臂进行力学行为分析。基于Smith-Waston-Topper(SWT)准则,对扭力臂孔的裂纹萌生位置及疲劳寿命进行预测,并分析孔挤压工艺对扭力臂孔疲劳寿命的影响。结果表明:SWT损伤准则可以成功预测疲劳裂纹萌生位置和寿命;扭力臂孔的疲劳破坏属于I型破坏,且裂纹萌生处有三维裂纹源;随着挤压量的增加,扭力臂孔的疲劳寿命基本呈现出增大的趋势,最后趋于稳定;把扭力臂孔破坏点位置作为挤出端,寿命提升效果最好;孔面残余压应力有益于延长疲劳裂纹萌生寿命。挤压强化多轴疲劳预测方法可以为扭力臂寿命预测和优化设计提供理论依据。     

高干涉量压合衬套强化铝合金孔结构的疲劳性能

分别采用高干涉量压合衬套单侧挤压强化和两侧挤压强化两种工艺对7050铝合金孔结构进行强化,研究孔结构的残余应力和疲劳性能,并采用梯形累积法由疲劳断口定量反推出疲劳裂纹萌生寿命和扩展寿命。结果表明:孔结构中形成深度达12mm的残余压应力场,单侧挤压强化试样挤入端的残余应力显著低于挤出端的,两侧挤压强化试样挤入端和挤出端的残余应力相当;单侧挤压强化试样和两侧挤压强化试样的平均疲劳寿命比未挤压强化试样的分别提高了770%和1 500%,高干涉量压合衬套强化技术具有显著的疲劳强化效果,且双侧挤压强化的效果更好;高干涉量压合衬套强化技术可同时提高孔结构的疲劳裂纹扩展寿命和萌生寿命,且萌生寿命提高的幅度更大。     

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.     

基于Workbench的铆接连接件疲劳寿命的仿真分析

基于Workbench计算机仿真软件,开展了铆接连接件疲劳寿命的仿真分析.研究结果表明:疲劳破坏发生在铆钉孔两侧应力集中处,破坏发生位置的Mises等效应力值最大,仿真结果与疲劳试验结果吻合；在较高应力水平下,仿真分析的疲劳寿命与疲劳试验的寿命结果差异较小；在较低的应力水平下,仿真分析的疲劳寿命和疲劳试验的寿命结果差异...     

基于能量累计曲线的圆柱齿轮疲劳寿命预测模型

圆柱齿轮应用广泛,建立适用范围广、便于计算的圆柱齿轮弯曲疲劳寿命预测模型有重大意义。通过齿轮弯曲疲劳试验结合有限元模型仿真结果,计算得到了不同应力幅值下齿根处能量累计曲线;在能量累计曲线的基础上,得到不同应力幅值下的断裂累计能曲线。基于Palmgren-Miner线性累积损伤理论和以上曲线,提出了一种圆柱齿轮弯曲疲劳寿命预测模型。采用该模型分析了不同应力幅值下的圆柱齿轮弯曲疲劳试验结果,均处于模型预测结果 3倍范围内,证明该模型可以较为准确地预测圆柱齿轮弯曲疲劳寿命。     

孔挤压与超载复合强化对LY12CZ铝合金疲劳裂纹起始寿命的影响

研究了孔挤压与超载复合强化对LY12CZ铝合金疲劳裂纹起始寿命的影响。实验结果与分析表明,孔挤压与超载复合强化对LY12CZ铝合金的疲劳裂纹起始寿命及裂纹萌生、扩展特性的影响和孔挤压单一强化效果相同。此外还给出了复合强化后LY12CZ铝合金疲劳裂纹起始寿命的定量表达式,以及变幅载荷下LY12CZ铝合金孔挤压件疲劳裂纹起始寿命的估算新方法。     

高温合金激光冲击强化数值模拟及其疲劳寿命预测

建立了激光冲击强化宏观有限元数值模型和细观参量演化数值模型,提出了激光冲击强化三维多尺度模拟方法,分析了激光冲击强化后Inconel 718高温合金残余应力、位错密度、晶粒尺寸的分布规律;考虑激光冲击强化所致残余应力和晶粒细化对疲劳寿命的影响,对Sines疲劳寿命准则进行修正,并进行了试验验证.结果表明:模拟得到试样表面光斑冲击范围内形成了不小于550 MPa的残余压应力,表层区域存在明显的位错增殖,局部晶粒尺寸可细化25％左右,模拟结果与试验结果基本吻合;采用修正Sines准则预测得到的疲劳寿命在3倍分散带内,说明该模型能够较好地预测激光冲击强化后Inconel 718高温合金的疲劳寿命.     

基于Hull-Rimmer理论的应变强化奥氏体不锈钢高温疲劳寿命预测方法

以S31603奥氏体不锈钢材料为研究对象,开展应力控制下的高温疲劳试验,获得固溶态和经不同应变强化量预处理的S31603奥氏体不锈钢高温疲劳寿命试验数据。基于Hull-Rimmer空洞长大理论,建立适用于应力控制下的材料疲劳寿命预测模型,并对固溶态和应变强化态S31603奥氏体不锈钢进行寿命预测,预测结果与试验值吻合较好。在此基础上,结合不同应变强化量下材料的疲劳寿命变化趋势,进一步建立耦合应变强化预处理量的材料疲劳寿命预测模型。与实测寿命相比,预测寿命位于±1.5倍误差带之内,预测效果良好。建立的高温应力控制下的材料疲劳寿命预测模型形式简洁且具有清晰明确的物理意义,可用于应力加载下金属材料的高温疲劳寿命预测。     

基于变幅小载荷下的曲轴疲劳寿命预测分析

通过ABAQUS对曲轴模型进行有限元分析,得到局部最大时间应力载荷谱.运用雨流计数法对载荷谱进行处理,得到各应力幅值下的循环数.采用修正Corten-Dolan累积损伤理论,结合变幅载荷的应力幅值对曲轴进行疲劳寿命预测.通过分析,低于疲劳极限的应力会对曲轴产生强化作用,影响曲轴的疲劳寿命.     

减振器阻尼对扭力梁疲劳寿命的影响

为了研究减振器阻尼对扭力梁疲劳寿命的影响,建立了扭力梁有限元模型以及刚柔耦合整车模型。通过试验采集强化路面道路载荷谱作为整车模型的输入激励,仿真得到疲劳寿命分析所需文件,利用模态应力恢复法对扭力梁进行疲劳寿命分析,并通过扭力梁耐久性台架试验证明了仿真模型与疲劳寿命分析方法的准确性。仿真得到了不同阻尼系数下的扭力梁疲劳寿命分布云图以及最小疲劳寿命循环数,分析结果总结出了减振器阻尼大小对扭力梁本体疲劳寿命的影响规律。     

7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头疲劳寿命预测研究

对7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行了疲劳加载测试,并观察了疲劳断口特征。根据实际试件结构建立局部应力应变法和缺口应力法有限元模型,对焊缝区域进行应力应变分析;结合Soderberg修正方程对Manson-Coffin(MC)模型中应力部分进行修正,再根据有限元分析结果,使用局部应力应变法和缺口应力法对异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行疲劳寿命预测。试验结果表明,有效搭接厚度严重影响试件的疲劳寿命;位于受载7075前进侧的钩状缺陷比7075后退侧钩状缺陷对疲劳寿命的影响大。与试验结果相比,局部应力应变法中,2组试件最小板厚处疲劳寿命的预测结果都要比钩状缺陷根部处疲劳寿命的预测精度高。部分试件结合Soderberg方程修正的MC模型预测误差大部分都在2个因子之内,而Smith-Watson-Topper(SWT)模型和其他MC修正模型预测结果均在3个因子之内,Sachs修正的MC模型和Morrow修正的MC模型的预测结果相近;缺口应力法中,部分试件预测结果较好,误差在2个因子之内。