飞机螺栓连接件制造偏差的应力集中及处理方法分析（英文）

飞机零部件在制造过程中会不可避免的出现偏差。通过分析孔位置偏差对螺栓连接件结构应力的影响,研究了不同边距下的多销荷载分布,得到了详细的应力分布和集中情况。在此基础上,结合超孔直径和堵孔材料厚度两个因素,分析了堵孔加工方法对应力集中的影响规律。这为利用公称应力法确定孔位置偏差零件应力集中引起的疲劳损伤的第一个位置以及用公称应力法估算孔位置偏差零件的疲劳寿命提供了基础数据支持。     

球墨铸铁行星架断裂原因分析

球墨铸铁行星架在使用过程中发生断裂,断裂位置位于两行星孔之间。通过宏观观察、微观观察、力学性能等分析手段对行星架进行综合研究和分析,确定了行星架的断裂模式为疲劳断裂,疲劳扩展较充分,未发生局部受力过大的现象,开裂位置存在缩松缺陷。缩松缺陷的存在切断了材料内部的连续性,造成断裂部位的强度降低,使得零件在未达到材料的疲劳强度前就萌生裂纹,尤其是受周期性交变载荷的零件。同时,由于材料缩松严重,在零件表面出现,使得零件表面该缺陷位置的应力集中系数急剧增加,过早地萌生疲劳裂纹,造成零件早期疲劳失效。     

焊接区位置对焊接结构疲劳性能影响的定量分析

为了研究焊接区位置对结构疲劳性能的影响,本文对焊接结构连接件进行了疲劳试验,并进行了有限元分析及寿命预测。结果发现,焊接区与其它应力集中区会发生应力耦合效应,进而降低结构的疲劳寿命。焊缝位置越远离其他应力集中区,焊缝应力越小;当焊缝与其他应力集中区距离大于焊缝宽度的8倍时,耦合效应消失。在耦合区内,疲劳寿命与焊缝距离近似呈线性关系。     

表面强化对A-100钢带孔构件疲劳性能的影响

对超高强度钢A-100带孔构件进行喷丸和孔挤压等表面强化处理,对比在相同试验条件下的疲劳性能,计算分析表面强化延寿增长系数和疲劳极限的提高幅度,获得了超高强度钢A-100带孔构件疲劳的应力集中特性与表面强化改性效果。结果表明,A-100超高强度钢具有很高的应力集中敏感性;表面强化可显著延长带孔构件的疲劳寿命和提高其疲劳极限,表面强化效果主要取决于表面强化层内的残余压应力;疲劳断口分析表明表面强化构件的疲劳源不再位于孔边而是在孔边与内部的过渡部位。由于孔挤压强化在引入较深残余压应力的同时还可以改善孔边的粗糙度,因此其强化效果优于喷丸强化。喷丸和挤压分别使疲劳极限提高了35%和38%,有效缓解了孔边应力集中对疲劳性能的不利影响。     

不锈钢薄板激光叠焊接头应力分布特征的数值分析

不锈钢车体侧墙与骨架之间采用激光叠焊取代传统的电阻点焊具有更好的强度优势,且两种焊接方法在疲劳实验中的断裂形式不同。从力学角度来说这可能与两种接头的应力分布状态和应力集中程度不同有关,而应力集中是引起焊接接头疲劳破坏的主要因素。基于ABAQUS有限元分析软件,对这两种接头在不同外加载荷作用下的应力分布进行数值分析,计算应力集中系数,并预测接头疲劳裂纹的起裂位置和扩展趋势。结果表明:电阻点焊接头在车体侧墙一侧的应力集中系数高出激光叠焊接头的4.42倍,在骨架一侧高出激光叠焊接头的2.76倍,疲劳实验裂纹萌生位置在最大应力集中处,与模拟结果一致。     

TC21钛合金板孔冷挤压残余应力与疲劳性能研究

针对飞机后机身框TC21损伤容限钛合金带孔零件在服役过程中易过早产生疲劳裂纹的问题,采用开缝衬套冷挤压强化工艺进行了不同挤压量下的孔强化实验,并对挤压强化后的试样进行疲劳试验研究,得到了挤压量对TC21钛合金疲劳增益的影响规律。通过有限元仿真的方法研究了挤后孔边残余应力分布规律,从宏观和微观两方面观察和分析了不同挤压量下的疲劳断口形貌,探讨了冷挤压对孔边疲劳裂纹的萌生和扩展的影响,揭示了疲劳增益机理。研究结果表明,冷挤压强化后的孔边存在明显的切向压缩残余应力,改变了孔边裂纹萌生位置,延长了交变载荷作用下的疲劳裂纹扩展寿命,疲劳寿命随着挤压量的增大而明显提高,挤后试样疲劳寿命均提高50%以上。     

轧机主传动万向联轴器辊端接头结构探讨

分析了衬板槽平面与叉头十字轴孔轴线的相对位置对辊端接头应力的影响 ,研究了轧辊扁头与衬板之间间隙所产生的冲击和应力集中 ,讨论了辊端接头中部过渡段结构对应力分布和制造质量的影响。提出辊端接头结构设计的优化方案     

冲裁毛刺对疲劳寿命影响的数值仿真分析

由于冲裁毛刺对疲劳性能具有很大的影响,运用线弹性模型对止动弹簧片冲裁毛刺进行数值仿真模拟,提出一种考虑冲裁毛刺对疲劳性能影响的疲劳计算方法。通过定量计算毛刺对零件结构几何边界应力的影响程度,得出因冲裁毛刺影响而造成的应力集中程度;综合材料应力-寿命曲线与载荷谱,运用疲劳积累损伤理论计算出零件的疲劳寿命;在数值仿真分析中计算出添加毛刺与未添加毛刺单元的零件疲劳寿命。通过实验对零件的疲劳寿命计算值进行对比分析验证,结果表明:定量考虑冲裁毛刺对结构的影响能够提高疲劳寿命的计算精度。     

镍基单晶铸造气膜孔低周疲劳断裂特征研究

气膜孔结构作为一种重要的热防护技术广泛应用于涡轮叶片中。气膜孔的存在会引入制造缺陷、应力集中等不利因素,成为疲劳失效的主要诱因之一。本研究开展不同温度下镍基单晶铸造气膜孔低周疲劳试验,分析熔模铸造直接成型的气膜孔疲劳断裂特征。结果表明:不同温度下疲劳寿命取决于应力幅值;随温度降低,疲劳断裂路径由Mode-I型转换为晶体学平面断裂,断口形貌呈现出从类解理至韧性断裂特征。气膜孔周围微结构分析表明,在1000 ℃及循环应力作用下,氧化膜发生破裂形成氧化裂纹;在700 ℃条件下,疲劳裂纹形核主要由滑移累积导致;在850 ℃条件下,疲劳损伤由氧化损伤和滑移累积共同作用。晶体塑性有限元分析揭示铸造气膜孔疲劳断裂特征主要受气膜孔附近应力分布的影响。     

拉-拉疲劳载荷对孔壁强度的影响

在疲劳断裂的中心圆孔试样孔壁取样进行显微硬度与残余应力的测试,结合有限元模拟结果对测试数据进行分析,从孔壁强度变化的角度研究孔零件在拉-拉载荷作用下发生疲劳断裂的原因。结果表明:疲劳断裂中心圆孔试样孔壁出现显微硬度梯度,长度方向孔壁表面获得最大硬度,宽度方向孔壁亚表层获得最大硬度,说明孔壁不同部位经受循环塑性应力影响程度不同,宽度方向孔壁发生应变硬化后循环软化成为薄弱区域;孔壁不同部位获得不同的切向残余应力场分布,长度方向孔壁表面获得最大残余压应力,宽度方向孔壁亚表层获得最大残余压应力,应力集中效应最强的宽度方向孔壁表面成为薄弱区域。     

上传主动锥齿轮断裂分析

发动机返厂检查发现上传主动锥齿轮的一个轮齿发生断裂。通过对断裂齿轮进行断口宏微观分析、金相组织和硬度检查,分析认为锥齿轮的断裂性质为弯曲疲劳,疲劳断裂的原因是齿根弯曲应力过大。对齿轮齿厚、齿根圆角进行测量,对齿根圆角过渡情况进行检查,并运用有限元分析方法对锥齿轮断齿受力进行模拟分析。结果表明:齿根弯曲应力过大是因为齿厚超差导致齿轮啮合位置偏离,同时齿轮在加工过程中齿根存在加工接刀尖边导致齿根应力分布改变,出现应力集中。后续采取改进齿轮的加工工艺及加强对齿轮的制造质量控制等措施,避免该类故障再次发生。     

装载机销轴断裂分析

某厂家生产的销轴在使用过程中多次在同一部位发生断裂。采用断口分析、化学成分分析、金相组织分析、硬度检验及CAE模拟受力分析等试验方法对两个销轴的断裂原因进行了分析。结果表明：销轴径向油孔位置具有随机性,当油孔位于最大弯曲应力一侧时,由于油孔的应力集中作用,导致油孔口位置的应力过大,在油孔口位置萌生疲劳裂纹,故油孔位置不合适是销轴断裂的主要原因。另外,销轴表面硬化层深度偏低,降低了失效件的疲劳强度,也是销轴早期疲劳断裂的重要原因。因此,通过在销轴生产时避免将油孔置于弯曲应力最大的一侧,同时增加表面硬化层的深度,可有效地避免类似故障的发生。     

网格不敏感结构应力的焊接疲劳数据分布

为分析网格不敏感结构应力的焊接疲劳S-N数据分布具有高收敛性的机理,基于钛合金焊接接头疲劳试验数据,分别基于名义应力、主S-N曲线法中的结构应力及等效结构应力建立焊接疲劳数据坐标,并以最小二乘法拟合S-N曲线,应用粗糙集分析方法,以接头类型、相对板厚、载荷比、应力比等焊接疲劳主要影响因素作为条件属性,以疲劳数据对于S-N曲线的偏离度作为决策属性,对基于三种应力的焊接疲劳数据分布规律对比分析.结果表明,基于网格不敏感等效结构应力所建立的S-N数据分布更为集中和均匀,在预测焊接接头疲劳寿命方面具有更高的准确性.     

孔洞对AZ91D镁合金压铸件性能的影响

基于ansys软件，研究了孔洞形状、尺寸、位置及孔洞间距离对AZ91D镁合金压铸件的应力分布影响。结果表明：孔洞形状的影响取决于尖角顶点与孔洞中心的连线和受力方向之间的最小夹角，夹角越大应力集中越大：随孔洞尺寸的增加铸件的应力集中增加；位于铸件表面的孔洞造成的应力集中大于内部相同大小的孔洞：孔洞之间距离超过某一临界值时影响很小，当小于该临界值时随孔洞间距离的减小应力集中急剧增加。最后实测了不同工艺条件下生产的AZ91D镁合金发动机缸盖罩盖的孔洞分布形态与强度之间的关系，验证了模拟结果。     

基于数值仿真的防波板焊接结构圆弧过渡分析

为提升路面洗扫机械的水箱在服役过程中的可靠性,针对水箱中防波板焊接结构在水流冲击载荷下出现疲劳裂纹失效问题,在立板根部采用圆弧过渡的结构优化方案,以降低焊接结构的应力集中程度,从而提升防波板的使用寿命。采用有限元仿真系统地分析了过渡圆弧位置和半径对应力分布的影响规律。仿真结果表明,焊接结构应力集中导致防波板抗疲劳性能弱化,而圆弧过渡结构对应力集中效应具有明显的缓解作用,其缓解程度与圆弧位置和半径有显著的关联。随着圆弧与焊道距离的减小或者圆弧半径的增加,防波板应力集中降低,载荷由低周疲劳向高周疲劳的转变越明显。     

Modelling of residual stress field in spherical mandrelling process

Fatigue life of structural elements with bolt holes depends mainly on residual stress distribution law around these holes. Residual compressive circumferential normal stresses around the hole reduce operating stress magnitudes to minimum values for cyclic tension and this enhances fatigue life and load-carrying capacity of structures. The presence of residual stresses is a result of the manufacturing process. Residual stresses can also be induced deliberately around the holes by means of appropriate working with suitably chosen parameters. Quantitative knowledge of residual stresses is necessary to model the stress field after applying an external load to a structural element in order to assess static or dynamic strength, fatigue strength including. This paper presents a combined approach consisting of experimental and numerical modelling of residual circumferential normal stress distribution when forming holes in workpieces of medium carbon steel by spherical mandrelling (SM). Since the object of study is residual macrostresses (stresses of first type), a mechanical method of their determination has been employed. On the basis of experimental outcomes, a mathematical model has been built and it predicts mean integral value distribution of residual circumferential normal stresses. Since the range of the experimental technique employed is limited by the wall thickness of the bushing being worked, numerical modelling of residual stresses by means of FE simulation has been performed. The numerical results obtained allow this mathematical model to be applied to various wall thicknesses by introducing correction factors for the polynomial coefficients. At the same time, the adequacy of the proposed FE model can be evaluated only by the experimentally obtained mathematical model. The SM efficiency for enhancing the load-carrying capacity of structural elements with cylindrical holes subjected to tension has been proved by means of FE simulation.     

基于信息熵的铝合金焊接接头疲劳寿命分析方法

建立了基于信息熵的铝合金焊接接头疲劳数据分析模型,通过对比分析各决策属性的信息分熵,研究了应力集中、板厚与载荷类型等因素对焊接结构疲劳破坏的定量贡献. 结果表明,三种应力类型疲劳数据分布的信息总熵分别为0.997 7,0.910 0和0.817 9,基于权重信息熵的降低的总趋势与S-N曲线标准偏差越来越小的情况存在一致性. 对于基于结构应力的疲劳数据分布,膜应力集中系数(SCFm)基于权重的信息分熵为0.675 4,对于结构应力疲劳数据分布起主要作用;对于等效结构应力,应力比的基于权重的信息分熵为0.622 3,说明应力比对于等效结构应力疲劳数据分布起重要作用.     

异质接头应力集中系数与坡口角度和材料差异度的关系方程

基于有限单元法针对异质对接接头设计,以提高接头疲劳承载能力以及更准确的预测异质接头疲劳失效位置为目标,考察了坡口角度和材料差异度对异质对接接头焊趾应力集中系数和焊根应力集中系数的影响,并给出了削平异质对接接头焊趾和焊根应力集中系数与坡口角度和材料差异度之间的关系方程.结果表明,随着坡口角度和材料差异度的增加,对接接头焊根应力集中系数增大,焊趾应力集中系数减小.应力集中系数关系方程与有限元结果吻合较好,相对误差在3%以内.