飞机铝合金壁板结构广布疲劳多裂纹扩展与剩余强度研究

随着航空工业的发展,飞机经过长时间服役,其广布疲劳损伤带来的飞机服役可靠性问题日益受到关注。针对飞机铝合金壁板结构开展了疲劳裂纹扩展试验与剩余强度拉伸试验,以及数值仿真研究,并采用塑性区连通准则、表观断裂韧性准则、净截面屈服准则和韧带平均应力准则4种典型的多裂纹连通准则对其剩余强度进行了对比分析。结果表明：随着疲劳裂纹的逐渐扩展,裂纹尖端应力强度因子逐渐增大,裂纹扩展速率逐渐增大。对于含多裂纹的铝合金壁板结构,建立剩余强度与裂纹总长度的关系更能准确体现机身壁板在实际服役过程中的剩余强度变化。与其他3种准则相比,塑性区连通准则可以控制含等长度裂纹与非等长度裂纹的铝合金壁板结构剩余强度的预测结果与试验结果的相对误差在5%以内,是4种准则中预测精度最高的,因此,塑性区连通准则对飞机铝合金壁板结构广布疲劳损伤设计具有良好的指导意义。     

腐蚀环境下2024-T3铝合金疲劳裂纹扩展和剩余强度实验研究

对2024-T3铝合金在5种典型实验室环境和3种组合环境下的疲劳裂纹扩展和剩余强度进行了实验研究.通过实验获得的裂纹扩展数据,对Paris公式进行条件拟合,得到各种环境下的裂纹扩展常数,并作了对比分析.结果表明,腐蚀环境的参与使2024-T3铝合金的疲劳裂纹扩展速率明显加快,不同腐蚀环境对疲劳裂纹扩展速率的影响程度不同,其影响的严重程度由重到轻依次为:油箱结构区、厨房与厕所、油箱积存水、盐水、潮湿空气、高空环境、干燥空气.实验数据还进一步表明,腐蚀介质对临界裂纹长度的影响很小,说明环境对剩余强度能力无直接影响.     

冷挤压强化对双搭接结构疲劳性能影响研究

通过有限元仿真分析确定双搭接结构疲劳薄弱部位,针对疲劳薄弱部位建立了冷挤压强化有限元模型,深入研究了开缝衬套冷挤压在不同干涉量下对孔周残余应力分布的影响,确定了最佳干涉量为2.5％.研究了铰孔对孔周应力分布的影响,对比分析了冷挤压强化前后实际加载状态下的孔边应力分布,为冷挤压强化后试验件的疲劳寿命提高提供了理论分析基础...     

飞机翼身接头疲劳试验件失效分析及其改进

通过断口宏微观观察、金相组织检查、有限元数值分析、试验实施检查等方法,对某型飞机翼身接头疲劳试验件进行失效分析。结果表明:试验加载频率过快、左右加载作动筒不同步、试验件腹板约束不足,使得腹板连接螺栓处应力较大,从而出现疲劳裂纹,是导致试验件疲劳寿命较短的原因;断面放大可见大量的疲劳小弧线形貌,之后为快速裂纹扩展区,呈疲劳+韧窝形貌,因此,试验件断裂失效模式为典型的疲劳断裂。最后提出改进措施,提出合理的设计方案。     

2E12-T3铝合金蒙皮环向对接结构的疲劳性能

通过有限元仿真确定蒙皮环向对接结构的疲劳危险部位,计算得到2024-T3铝合金对接结构的理论细节疲劳额定值(DFR).对2E12-T3铝合金蒙皮环向对接结构进行疲劳试验,分析了疲劳断裂位置和断口形貌,计算得到该对接结构的试验DFR,并与2024-T3铝合金对接结构的理论DFR进行对比分析.结果表明:蒙皮环向对接结构试样均在蒙皮端部钉孔处发生疲劳破坏,与有限元分析得到的结构薄弱部位一致;裂纹起源于蒙皮与带板贴合面且与加载方向垂直的蒙皮孔壁上,裂纹扩展区存在疲劳条带和少数韧窝,瞬断区存在韧窝及空洞;2E12-T3铝合金对接结构的DFR相比于2024-T3铝合金对接结构提升约13.9％.     

整体机身结构纵向裂纹转折与止裂特性分析

对某试验型整体机身壁板纵向裂纹损伤容限试验件的止裂特性和裂纹转折现象进行了计算和分析。借助有限元软件ABAQU S,计算了不同蒙皮纵向裂纹长度下的应力强度因子KⅠ、KⅡ和T-应力等,在此数据基础上,应用线弹性断裂力学准则和线弹性断裂力学加塑性修正准则,计算了剩余强度特征曲线,对2种准则做了对比分析,对两跨裂纹时的止裂特性进行了分析。最后,应用裂纹转折的二阶线弹性理论,对两跨内纵向裂纹在扩展过程中的裂纹转折现象进行了计算和分析。