高温环境下薄壁试件随机振动疲劳研究

目的研究高温环境下薄壁试件的随机振动疲劳问题。方法综述国内外随机振动疲劳研究现状,制定有效的研究方案。首先,通过有限元法完成薄壁试件的动力学响应数值仿真计算与分析,基于改进的雨流循环计数法预估薄壁试件的疲劳寿命。然后,开展高温环境下薄壁试件随机振动疲劳试验,获取危险位置动力学响应与疲劳寿命。结果高温强振动环境下,结构的危险位置主要出现在固支边界或形状突变位置,且基频处的动力学响应峰值是结构疲劳寿命的主要影响因素,随温度和振动量级的增加,结构疲劳寿命呈抛物线降低趋势。结论通过仿真与试验的比对,验证了高温环境下薄壁试件随机振动疲劳仿真计算方法的有效性与可靠性。     

热声复合环境下薄壁锥壳结构响应计算与疲劳寿命预估

目的研究热声复合环境下薄壁锥壳结构的动力学响应与疲劳寿命。方法采用耦合的有限元/边界元法,完成不同热声载荷下的振动应力计算。基于改进的雨流计数法,对不同热声载荷下危险点位置及典型位置的疲劳寿命进行预估。结果屈曲前随温度的增加,薄壁锥壳结构的基频降低,屈曲后在一定温度范围内时,基频增加。薄壁锥壳结构的应力集中主要出现在孔边位置,基频在热声激励响应中起主导作用。低阶固有频率处存在较大峰值,高阶频带范围内的峰值较小,模态密度较高。结论在800～1000℃的温度载荷与强声载荷下,薄壁锥壳结构的疲劳寿命只能维持几个小时,所以在抗声疲劳结构设计中要考虑响应谱的频率结构,及注重结构孔边位置的结构设计。     

某梁结构静动联合加载疲劳研究试验件设计与分析

目的解决工程结构在交变静载荷和动载荷联合作用下的疲劳寿命预估难题。方法拟设计一梁结构试验件,方便施加静力与动载荷,并具有合适的疲劳寿命,用于静动联合加载下疲劳寿命预估研究。并采用名义应力法计算出静载荷作用下结构的寿命,采用频域法计算动载荷单独作用下结构的寿命,再以线性损伤累积理论为基础,以载荷块为单位来计算静动载荷联合加载下的寿命。结果初步给出试验载荷,得到静动载荷联合加载下危险点的寿命为1225 s。试件在1 h之内失效,满足设计要求。结论通过该方法,可以用来校核试件的实际寿命,以设计试件。     

海洋环境下飞机结构腐蚀疲劳研究现状

介绍了海洋环境下飞机结构腐蚀及腐蚀疲劳的国内外研究现状,重点阐述了服役环境编谱技术、加速腐蚀试验研究、腐蚀防护体系有效性验证、腐蚀损伤评估及疲劳寿命预估技术等几个关键技术问题,并预测了发展趋势。     

基于热减量法2/1樟发射药安全贮存寿命预估

目的 预估2/1樟发射药的安全贮存寿命,建立一种基于加速热减量试验,利用热减量曲线和贝瑟洛特(Berthelot)方程预估其安全贮存寿命的方法。方法 首先对2/1樟发射药分别进行85、95、105、115 ℃下的加速热减量试验,获得样品在各个温度下不同加速时间的热减量数据。然后基于热减量曲线,得到2/1樟发射药在各个温度下的延滞期。最后利用各个温度下的半延滞期,根据Berthelot方程拟合得到2/1樟发射药安全贮存寿命预估模型。结果 根据其安全贮存寿命预估模型计算得到2/1樟发射药在30 ℃下的安全贮存寿命约为50.9 a。结论 预测结果与文献值接近,且试验时间比文献减少了近1/2,验证了该方法的有效性,可为2/1樟发射药或其他发射药的安全贮存寿命预估提供一种可行的技术途径。     

基于多失效模式的弹上舱段结构件贮存寿命验证方法

目的 验证多失效模式下弹上舱段结构件的贮存寿命。方法 通过开展贮存条件下失效模式分析,确定复合材料贮存薄弱环节,依此制定高温摸底试验方案。开展高温极限应力试验,确定不改变复合材料失效机理的高温贮存极限应力,并据此开展加速因子试验,基于阿伦尼兹模型,计算不同失效模式的激活能,并以激活能最小的性能参数作为贮存薄弱环节,计算舱段结构件加速因子,设计舱段结构件加速贮存寿命验证试验,评估其贮存寿命。结果 计算了某防热材料各失效模式下的激活能,确定了其性能参数的薄弱环节,根据薄弱环节的激活能计算了舱段结构件加速因子和加速贮存试验时间,验证了其贮存寿命。结论 通过确定防热材料的贮存薄弱环节,开展了加速贮存试验,验证了舱段贮存寿命。     

热盐腐蚀环境对TC11钛合金高温寿命影响规律试验研究

目的 针对发动机钛合金部件在热盐环境与工作载荷下的寿命衰减问题，开展TC11钛合金热盐腐蚀疲劳与应力腐蚀试验，研究腐蚀环境下TC11的高温寿命衰减规律与失效机理。方法 利用喷盐法制备TC11钛合金试验件，研究不同温度与应力水平对TC11腐蚀疲劳以及应力腐蚀的影响规律。利用SEM等观测手段，开展腐蚀疲劳以及应力腐蚀试样断口与表面的形貌分析，分析腐蚀环境下的失效机理。结果 热盐腐蚀环境导致TC11的寿命显著降低，对比450 ℃下无腐蚀寿命，腐蚀疲劳寿命下降了2个数量级，应力腐蚀寿命下降到不足1%，且分散性较大。观察腐蚀疲劳和应力腐蚀的试样可以发现，表面有明显的腐蚀坑，腐蚀坑底发现裂纹。结论 热盐环境下，TC11腐蚀疲劳寿命和应力腐蚀寿命都会明显下降。由于腐蚀导致钛合金试样表面产生许多腐蚀坑，在腐蚀坑局部形成近似缺口，缺口部位的应力集中是导致腐蚀疲劳寿命衰减的重要因素。腐蚀疲劳的寿命低于Kt=1的无腐蚀疲劳寿命，但是要大于Kt=3的无腐蚀疲劳寿命。     

5%NaCl盐雾环境对铝合金铆接防护结构性能影响研究

目的研究2024铝合金在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳性能。方法开展2024铝合金5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳试验,采用"疲劳加载-腐蚀环境"交替循环的试验模式,通过试验测试铝合金铆接结构在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳寿命值,分析不同疲劳载荷大小对铝合金连接结构的腐蚀疲劳寿命影响。结果 5%NaCl盐雾环境对于铝合金铆接结构疲劳寿命有较大影响,疲劳载荷对防护涂层防护性能和腐蚀疲劳载荷的滞后效应等两方面影响,0.25P破坏载荷相较于0.3P破坏载荷,涂层防护作用影响更小,低载锻炼效应更强,腐蚀疲劳寿命降低量更少。结论 2024铝合金铆接结构耐腐蚀性能与结构载荷和防护涂层特性有重要关系。     

再入环境测量火箭测试平台总体设计与关键技术

目的研究弹头再入飞行时表面的脉动压力等参数特征及变化规律,借助火箭测试平台飞行试验,同步获取自由飞行状态下载荷段外部脉动压力、时均压力、温度与内部结构振动、冲击响应数据,认识和预测脉动压力载荷与结构响应的相关性,同时为结构响应等效的数值模拟验证提供支撑。方法根据飞行试验测试的目的和要求,计算火箭测试平台的总体参数和设计系统组成,开展总体设计技术、测试系统设计技术、防热设计技术、气动弹道设计技术等关键技术研究。结果设计了再入环境测量火箭测试平台,并完成了地面试验验证,用于开展飞行试验,获取典型再入环境下的气动力热数据、弹道参数和结构响应数据。结论通过地面试验,验证了再入环境测量火箭测试平台总体设计的正确性和系列关键技术的有效性。     

航空铝合金材料微动疲劳裂纹扩展寿命研究

以断裂力学为基础,根据复合型裂纹断裂判据建立了LY12CZ铝合金材料微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型,确定了模型中的参数,通过预测寿命与试验值的对比验证了该模型的正确、有效性。研究结果表明,微动疲劳裂纹形成阶段比较快,其寿命只占整个疲劳寿命的20%～25%,结构失效所消耗的时间主要在裂纹扩展阶段。     

飞机使用环境谱的编制

腐蚀和疲劳是机械部件最常见的失效形式,高温、高湿、盐雾以及较高的化学污染环境对飞机的腐蚀和疲劳产生了严重的影响。飞机的使用环境谱是研究腐蚀环境对机体结构完整性影响的基础。针对海军飞机使用环境的特点以及腐蚀环境对机体结构常用材料腐蚀的影响,飞机的使用环境谱应包括地面停放环境谱、空中使用环境谱、海洋环境谱、加速腐蚀当量环境谱。针对上述4种环境谱,介绍了编制方法以及典型谱例。     

水陆两栖飞机起落架水环境适应性验证要求与方法

通过水浸润、水冲击、结冰、海洋腐蚀等水环境对起落架的影响及其损伤失效模式的分析研究,提出了水陆两栖飞机起落架水环境验证要求。综合考虑环境适应性验证规范、标准的合理选用和剪裁,建立了水陆两栖飞机起落架水环境试验验证方法,涵盖静水密试验、连续水冲击试验、泥沙水试验、结冰试验以及海洋环境腐蚀试验的条件和方法,以期为水陆两栖飞机起落架的环境适应性设计与验证提供支持。     

气候环境实验室降/扬雪环境表征方法分析

针对国内目前尚未开展过民机整机级实验室降/扬雪试验、对适航关注的降/扬雪环境参数不明确等问题,分析了气候环境实验室降/扬雪环境表征方法。首先从与降/扬雪相关的气象标准、环境试验标准、适航符合性验证方法和国外民机相关试验资料这四个方面着手收集了与降/扬雪环境相关的文献,分析提炼出了10个可对降/扬雪环境进行表征的方法。然后以民机降/扬雪环境下的适航符合性验证要求为基础,结合上述提炼出的10个表征方法,分析确定采用温度、能见度、总含水量、风速和雪密度对气候环境实验室降/扬雪环境进行表征,研究得到的降/扬雪环境表征方法可为将来在气候环境实验室内开展民机降/扬雪试验提供参考。     

复合材料太阳翼基板声学疲劳特性研究

研究航天器在声激励下的疲劳行为及其演变规律,对证航天器的运行安全。针对碳纤维蒙皮-铝蜂窝的太阳翼基板声致疲劳问题,使用耦合FE/BEM方法,建立航天器太阳翼基板的数值分析模型,以声学试验结果为依据,对仿真模型进行验证。噪声激励持续作用60 s后,损伤率分布呈沿结构长轴对称状态,疲劳危险点处最大损伤率D=0.0232,太阳翼基板未出现疲劳破坏,最短疲劳寿命T=2.58×103s。太阳翼基板中心区域为结构设计薄弱处,该区域在多阶模态下的应力水平较高,疲劳寿命较短,极易导致疲劳破坏。     

航空发动机涡轮叶片热障涂层冲蚀试验装置的研制

目的通过研制热障涂层冲蚀服役环境的模拟装置,来研究冲蚀失效机制。方法通过研制模拟热障涂层高温热冲击的燃气喷枪,在喷枪中设计速度、流量可控的颗粒送料系统,同时在装置中集成裂纹演化实时检测的声发射系统。结果该系统实现了热障涂层冲蚀服役环境的模拟,温度场、裂纹演化损伤参量的同步采集、输出与显示,从而完成了冲蚀服役环境模拟与关键损伤参量实时检测的一体化设计。结论装置能完成热障涂层常温、高温等各种服役温度、各种冲蚀角度、各种冲蚀速度等条件下的模拟试验,并提供较为系统的损伤参量检测数据,为理解热障涂层的冲蚀机理、优化其设计制备提供有效的试验数据。     

深海压力–流速耦合环境下基于灰色系统理论的有机涂层寿命预测研究

目的 建立深海压力–流速耦合环境下有机涂层的寿命预测模型,并预测有机涂层在该环境下的服役寿命。方法 首先针对涂层的湿态附着力变化结果,基于灰色系统理论,建立湿态附着力的GM(1,1)模型。随后再基于耦合环境下的试验结果,建立涂层水传输的扩散模型。最后,在此基础上,利用灰色关联分析方法,计算这2种失效影响因素在涂层失效过程中所占的权重因子,并基于这2个影响因素建立涂层失效的数学模型。结果 经过数学统计验证和试验结果对比验证,该模型精度良好,可靠性高。结论 该模型能够对深海压力–流速耦合环境下有机涂层的寿命进行准确预测。     

温度对LY12CZ铝合金疲劳短裂纹扩展行为的影响

LY12CZ铝合金在飞机结构中广泛应用,由于其在高温下软化倾向小,因此可以用作受热部件。随着温度的提高,材料的物理性质会发生改变,引起材料抗疲劳性能退化,缩短结构的服役寿命。利用扫描电镜原位技术对不同温度下铝合金的疲劳行为进行研究。试验结果表明温度会影响铝合金疲劳短裂纹的扩展。基于短裂纹行为,提出了一种评价温度机械疲劳载荷共同作用下的铝合金短裂纹行为方法。     

高强度铝合金典型沿海地区腐蚀行为加速试验方法研究

目的构建适用于高强度铝合金在某工业海洋性气候地区的加速腐蚀试验方法。方法选用飞机结构用典型高强度铝合金7B04-T6为试验材料,进行实验室加速腐蚀试验与某工业地区海洋大气环境曝晒试验,并对试验后的试样进行疲劳性能评价。通过平均腐蚀速率测试、腐蚀形态特征观察、疲劳断口特征分析,腐蚀加速倍率计算,对两种形式腐蚀铝合金的腐蚀机理和疲劳破坏行为等进行综合对比。结果经历实验室加速腐蚀试验与海洋大气环境曝晒试验后,7B04-T6铝合金的质量损失率基本相等,腐蚀形貌相近,疲劳断口特征一致,因而两种腐蚀模式一致,机理相同。结论所编制的实验室加速环境谱与试验方法,能够较好地用于某工业海洋性气候地区高强度铝合金材料和结构的环境损伤加速试验,实验室与外场海洋大气环境曝晒试验的加速比为97.64。     

某型飞机实验室高温试验条件剪裁方法研究

针对整机级飞机实验室高温验证试验,更真实地模拟飞机地面高温环境条件。通过对GJA150A、MIL-STD-810G及RTCA/DO-160G等国内外最新气候试验标准进行分析,确定某型飞机实验室高温试验程序。以此试验程序为基础,根据飞机温度适应性要求,借鉴民用飞机运行环境包线以及国外飞机实验室温度试验的经验,经过分析与剪裁处理,得到了某型飞机实验室高温试验条件。形成了飞机实验室高温试验条件剪裁方法,研究成果可为整机级飞机实验室高温试验设计提供参考。     

一种海洋气候环境-扭转疲劳试验设备的研制

目的研制一种海洋气候环境-扭转疲劳试验设备。方法针对海洋环境下服役的装备材料及结构承受环境腐蚀-扭转载荷耦合作用的特点,采用液压伺服闭环控制原理,通过特定结构布置、液压动力系统和伺服扭转疲劳系统的合理设计,研制一种海洋气候环境-扭转疲劳试验设备。结果该设备可实现扭转角度、扭矩、频率等试验参数的精确控制,准确表征工作在海洋大气环境中的材料及结构扭转性能。结论新研制的设备适用于海洋大气环境下服役的材料及构件扭转性能试验验证与评估。