2A12铝合金微动疲劳全寿命预测方法研究

目的对于2A12铝合金,提出基于成核寿命和扩展寿命的微动疲劳全寿命预测方法。方法基于损伤力学法计算裂纹成核寿命,利用扩展有限元计算裂纹尖端应力强度因子,应用断裂力学计算裂纹扩展寿命,并对预测者和试验值进行比较。结果损伤力学法能考虑接触面应力三维度的作用来反映多轴状态作用,能有效模拟微动疲劳多轴行为。基于损伤力学法的微动疲劳全寿命预测模型能有效预测微动疲劳全寿命。由于微动作用,裂纹成核非常早,扩展寿命从试件的近表面开始,占全寿命的主要部分。结论考虑成核寿命和扩展寿命的微动疲劳全寿命分析是完善的,预测值与试验值比较吻合。     

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。     

参数对2A12铝合金微动疲劳局部塑性影响分析

目的研究局部塑性对微动疲劳的影响。方法建立2A12铝合金圆柱/平面微动疲劳有限元模型,考虑塑性作用进行有限元分析,研究微动疲劳参数对局部塑性的影响。结果局部塑性变形发生在试件表面或次表面,最大等效塑性变形随着微动垫半径的减小而增大。随着轴向应力的增加,最大切向应力增加;随着摩擦系数的增加,剪应力的最大值急剧增加,粘着区增加,滑移区减小,但摩擦系数对整个接触区的大小没有影响。结论微动疲劳参数对局部塑性有一定的影响。     

微动接触应力影响因素研究

采用ABAQUS软件建立了圆柱/平面接触的铝合金微动疲劳结构有限元模型,运用该模型将计算的应力值与解析解进行比较,结果相当吻合,证明了所建有限元模型及算法的有效性。通过分析得到了不同影响因素下接触应力的分布规律。结果表明,最大正应力随压头半径的增加而降低,随接触压力的增加而成比例地增加;表面拉应力在粘着区内随压头半径的增加而增加,随接触载荷的增加而降低;参数Q/（fP）对正应力和表面拉应力没有影响,各参数对剪应力的影响因接触区域不同而有较大的差别。     

高温环境下薄壁结构声疲劳失效验证技术研究

目的针对高温环境下薄壁结构声疲劳失效问题,研究分析薄壁结构在高温环境下的声疲劳失效特征,验证薄壁结构热声响应计算方法与疲劳寿命预估模型的有效性。方法较系统地阐述高温环境下薄壁结构声疲劳失效试验验证技术,重点总结热声疲劳试验环境建立与加载、高温环境下噪声测试、高温环境下动态响应测试和疲劳破坏寿命测试方法,并通过具体案例说明工程中试验验证方法的有效性。结果试验件在仿真计算与试验中的破坏位置一致,响应频率吻合较好,应力水平一致,疲劳寿命量级相当。结论薄壁结构热声响应计算方法与疲劳寿命预估模型的有效性高。     

基于数值仿真的全表面轮毂弯曲疲劳试验及疲劳寿命分析

目的 预测钢制全表面轮毂易产生疲劳破坏的危险区域,并分析其弯曲疲劳寿命。方法 针对全表面轮毂的弯曲疲劳试验工况,建立有限元分析模型,综合考虑螺栓拧紧方式、螺栓预紧力以及材料非线性特征的影响,通过在加载轴末端建立局部坐标系,实现载荷的分解,并最终实现弯矩的动态加载。在此基础上,进行轮毂的受力分析,然后构造适用于轮毂的应力寿命曲线,并使用名义应力法进行疲劳寿命预测。结果 动态弯矩的加载方向变化会显著影响轮辐表面的应力分布特点,螺栓预紧力施加后,螺栓孔附近区域的应力显著增大,在计算中应考虑其影响。在获得各节点载荷历程后,以高应力幅和平均应力为标准,筛选出了轮毂的危险节点。结论 基于数值仿真的本型全表面轮毂弯曲疲劳试验,危险节点位置均位于轮辐通风孔的内圆角附近区域,可有针对性地对该区域进行相应的优化设计,以进一步提高轮毂的弯曲疲劳寿命。分析得到当前轮辋弯曲疲劳寿命约7.6万次,符合国家标准的要求。     

LY12CZ腐蚀疲劳寿命的神经网络研究

通过对已有LY12CZ腐蚀疲劳试验数据分析,建立腐蚀年限和应力幅值对应疲腐蚀劳寿命的BP网络映射模型来预测其腐蚀疲劳寿命.为了提高网络模型预测精度,采用牛顿插值法扩充历史试验数据,满足神经网络对训练数据致密性要求.研究结果表明,网络预测结果误差较小.利用网络预测结果计算,lgSα和lgN具有较高的线性相关性,R=0.94～0.99,且斜率B为-3.3～ -3.4.     

综合考虑疲劳强度影响因素的寿命预测方法

目的提出一种综合考虑疲劳强度影响因素的寿命预测方法。方法利用提出的综合疲劳强度因子Kz考虑应力集中、尺寸和表面状态等因素对疲劳强度的影响,结合S-N曲线方法,采用Goodman方程进行平均应力修正,采用Miner定理进行疲劳损伤累积,提出一种适用于机械结构的疲劳寿命预测方法。结果对一种复杂结构螺旋弹簧进行了位移控制的恒幅和变幅台架试验,并利用弹塑性有限元分析获得了关键危险点位置的应力响应历程。利用台架试验的寿命结果对提出的方法进行了验证,预测误差在2倍因子以内。结论提出的方法可以较好地预测机械结构的疲劳寿命。     

基于力-热双应力加速试验的橡胶减振结构寿命预测研究

目的 针对橡胶减振结构寿命试验时间较长,寿命预测困难的问题,建立了力-热双应力情况下的橡胶减振结构加速试验方法,并给出寿命预测模型.方法 首先,分析影响橡胶减振结构寿命的主要因素,建立典型橡胶减振结构的双应力加速试验方法,并开展加速退化试验.基于加速退化试验获得的试验数据,采用广义艾林模型作为双应力加速模型,Weibull分布作为寿命模型,建立了减振结构的双应力加速退化试验数据的分析方法.结果 预测了使用温度为25℃,压缩率为5％情况下,在给定可靠度0.9987时,减振结构贮存寿命约为9 a.结论 所建立的方法能够较好地预测减振结构的使用寿命.     

加筋板在复杂载荷下的振动疲劳寿命分析

目的研究航空工程结构部件——加筋板在准静态载荷和随机动载荷联合加载下的振动疲劳寿命预估问题。方法针对某铣制铝合金缺口加筋板,建立有限元模型,并采用时域法进行静动联合加载下的疲劳寿命分析。首先将准静态载荷分解为静力与正弦激励,以静力结果作为平均应力修正S-N曲线,再采用随机响应分析计算动载荷单独作用下结构危险点的应力PSD函数,通过逆傅里叶变换法,提取随机加载过程中的时域信号后,应用Von Mises等效准则,将其与正弦激励时域样本进行叠加,得到疲劳分析应力谱,再结合Miner线性累积理论和雨流循环计数法,计算得加筋板结构静动联合加载下的疲劳寿命。结果通过有限元仿真分析计算,得到加筋板在静动载荷共同作用下的疲劳寿命,对比试验寿命,误差基本在两倍界以内。结论由仿真与试验的结果对比说明,该方法可以有效预估试验件在静动载荷联合加载下的疲劳寿命,并能进一步推广到类似载荷下的疲劳寿命预估问题。     

2024-T3铝合金单搭接化铣板疲劳特性及失效机理

目的 研究2024-T3铝合金单搭接化铣板的疲劳性能及失效形式。方法 采用步进法对化铣板搭接件进行疲劳试验,运用奈尔检验法对疲劳强度进行数据处理,运用扫描电子显微镜和能谱分析对典型疲劳断口进行观察和成分分析,对比基板厚度和铆钉孔径对化铣板搭接件疲劳强度的影响,分析并探讨2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式及机理。结果 基板厚度对2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳强度影响较大,而铆钉孔径影响较小。随着基板厚度的增加,化铣板搭接件的疲劳强度呈现出降低的趋势,对2种铆钉孔径(3、4 mm),厚度为1.8 mm化铣板搭接件的疲劳强度较厚度为0.6 mm的试样分别降低了13.2%和13.0%。基板厚度增加使铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式从上基板铆钉头部失效变为下基板纽扣处失效,并最终表现为铆钉断裂失效。结论 随着基板厚度增加,搭接件微动磨损加剧,加速了疲劳裂纹萌生,这是造成2024-T3铝合金化铣板搭接件疲劳强度显著降低的主要原因。     

某型飞机对接螺栓微动疲劳裂纹分析

通过断口形貌观察、X射线能谱检测、痕迹分析等试验方法,对某型飞机对接螺栓产生裂纹的原因进行了分析.结果表明,对接螺栓的裂纹性质为微动疲劳裂纹;表层微动疲劳裂纹产生后,进一步发生了镉脆开裂;微动疲劳裂纹在飞机末次大修前就已形成,在大修镀镉时镉渗入裂纹内部,并导致了对接螺栓在大修后的使用中裂纹发生镉脆扩展.     

铝合金微动疲劳研究及展望

微动疲劳广泛存在于航空航天等各种机械构件中,加速构件接触表面及表层裂纹的萌生与扩展,微动是导致构件多裂纹损伤的主要原因之一。由于海军飞机服役环境的复杂性,铝合金构件腐蚀相当严重,腐蚀对航空铝合金材料微动疲劳的影响是研究微动疲劳时要考虑的重要因素。总结了国内外铝合金微动疲劳研究现状,阐述了研究存在的主要问题,对飞机构件铝合金材料微动疲劳的研究进行了展望。     

A vertically integrated eutrophication model and its application to a river-style reservoir-Fuchunjiang,China

Based on a 2-D hydrodynamic model, a vertically integrated eutrophication model was developed. The physical sub-model can be used for calculation of water density at different depths and the water quality sub-model was for calculation of algal growth. Suspended solids were divided into two types of sediment which named cohesive and non-cohesive sediments and simulated using separate methods. The light extinction coefficient used in the underwater light regime sub-model was linearly related to the sum of sediment and phytoplankton biomass. Some components less important to the model were simplified to improve practicability and calculation efficiency. Using field data from Fuchunjiang Reservoir, we calculated the sensitivity of ecological parameters included in this model and validated the model. The results of sensitivity analysis showed that the parameters strongly influenced the phytoplankton biomass including phytoplankton maximum growth rate, respiration rate, non-predatory mortality rate, and settling rate, zooplankton maximum filtration rate, specific extinction coefficient for suspended solids and sediment oxygen demand rate. The model was calibrated by adjusting these parameters. Total chlorophyll a (chl-a) concentrations at different layers in the water column were reproduced very well by the model simulations. The simulated chl-a values were positively correlated to the measured values with Pearson correlation coefficient of 0.92. The mean difference between measured and simulated chl-a concentrations was 12% of the measured chl-a concentration. Measured and simulated DO concentrations were also positively correlated (r=0.74) and the mean difference was 4% of measured DO concentrations. The successful validation of model indicated that it would be very useful in water quality management and algal bloom prediction in Fuchunjiang Reservoir and a good tool for water quality regularation in other river-style reservoirs.     

焙烧炉筒体结构强度有限元分析

对焙烧炉筒体结构进行有限元建模仿真,考虑热应力、压力和重力对筒体结构受力的影响,计算了焙烧炉关键部位的蠕变疲劳寿命,同时探究进气温度、保温层及对流系数等参数的影响。结果表明:热应力是影响结构强度的关键因素;焙烧炉筒体在许用蠕变变形量为5%的情况下,其使用寿命超过设计寿命;在筒体加热过渡段铺设保温层,降低与外界空气对流和提高进气温度,有利于降低筒体应力。     

蚀坑等效为初始裂纹的疲劳寿命预测方法适用性分析

目的 分析将主导蚀坑等效成初始裂纹进行疲劳寿命预测的适用性。方法 选取LY12CZ航空铝合金试验件为研究对象,进行预腐蚀试验,对试样的腐蚀损伤情况进行观测和对比研究。应用ANSYS软件对不同腐蚀损伤情况的试验件进行有限元分析,分析试验件应力分布的变化。结果 随着腐蚀时间的延长,主导蚀坑附近区域其他点蚀坑的数量和尺寸呈上升趋势。以蚀坑间距离与蚀坑半径之比d/r为指标,d/r<4时,主导蚀坑处的应力分布受到其他蚀坑的影响较大,与试验结果相比,点蚀模型计算得到的疲劳寿命的平均相对误差为19.94%。d/r>4时,主导蚀坑处的应力集中系数基本恢复到单蚀坑时的大小,平均相对误差为3.74%。结论 d/r>4时,可以忽略其他蚀坑对主导蚀坑应力分布的影响,此时将主导蚀坑作为唯一疲劳源进行寿命计算是合理的。d/r<4时,主导蚀坑处的应力分布受到其他蚀坑的影响,此时将主导蚀坑作为唯一疲劳源进行寿命计算时将出现较大误差。