基于振动的钛合金膜盘材料疲劳性能试验研究

介绍了一种钛合金膜盘材料疲劳性能的试验研究,建立了闭环控制下的振动疲劳试验系统,完成了对该膜盘10°角切片试样在振动条件下的疲劳试验,给出了该试样的疲劳应力-寿命曲线以及疲劳极限值,最后分析了切片试样振动疲劳的主要失效模式。结果表明:本试验方法高效可靠,时间和材料成本低,所得振动疲劳性能参数与旋转弯曲疲劳性能参数接近,而断口表现出典型的单侧起源的疲劳扩展特征。     

单向双筋板结构件共振疲劳试验及分析

航空航天领域广泛存在着振动疲劳问题,严重危及飞行器结构的安全可靠性。本文首先设计了激振器直接作用于试件的力激励振动疲劳试验系统,并提出了跟踪结构共振频率的频带激励共振疲劳寿命测试方法;而后利用试件进行了频带激励下的定应变共振或定载荷共振结构振动疲劳试验;最后针对试验结果分析与讨论了可能影响结构振动疲劳寿命的各种因素。结论表明,试验结构件的边界条件、初始条件以及结构动力学特性等都可能是影响振动疲劳寿命的关键因素。频带激励共振疲劳试验方法为振动疲劳寿命曲线的测试积累了经验。     

层合板结构元件动态S-N曲线的测定方法

在确定了飞机壁板结构的动力学特性后,为预计其声疲劳寿命,传统的方法必须采用飞机壁板结构的典型结构件并通过高声强行波管试验获得这种结构的声疲劳S-N曲线.为减少试验时间和费用,利用振动台获取典型层合复合材料结构元件的振动S-N曲线以代替声疲劳S-N曲线.根据典型复合材料的飞机蒙皮壁板结构形式,利用加筋复合材料层合板设计了用于振动试验的两种结构形式的梁元件.为获得准确的试验结果,试件模拟了实际的连接形式,并用于得到εrms-N振动试验中.所有试件的试验采用相同的振动激励谱形,并在不同的随机振动量级进行试验,利用最小二乘法拟合得到的εrms-N数据.这种测试方法可用于飞机结构抗声疲劳设计的实践中.     

TC4钛合金超高周次轴向振动疲劳试验

应用基于压电超声疲劳试验技术开发的20kHz轴向振动疲劳试验系统,完成了室温下TC4钛合金超高周疲劳试验,获得了TC4合金在107～109周次范围内的轴向振动疲劳寿命曲线(S-N曲线);运用C.Paris推导公式预测了TC4合金材料的寿命,得到各应力水平下破坏率为50％、95％、99％的安全寿命.结果表明:在疲劳循环大于107周次时,试件仍会发生疲劳断裂,疲劳强度随循环次数的增加而下降,并不存在明显的疲劳极限.TC4合金的S-N曲线在107～109周次的范围内呈连续下降型.在轴向振动超高周疲劳试验中,试件的裂纹扩展寿命只占其在50％破坏率下疲劳安全寿命的一小部分,其疲劳寿命主要由试件的裂纹萌生寿命决定.     

基于数值分析的模态阻尼系数获取方法

结构模态阻尼系数是影响振动疲劳特性的主要因素,获取模态阻尼系数对于结构振动疲劳的分析和仿真计算有重要作用,对于揭示金属材料振动疲劳损伤形成机理有直接意义。本研究针对2024-O铝合金,进行了大量的元件级试件的振动疲劳仿真分析、试验研究以及数值分析计算,并提出了一种基于数值分析的快速获取结构模态阻尼系数的方法,适合于获取试验件振动疲劳试验过程中的模态阻尼系数变化趋势。研究表明:在不中断试件疲劳试验的情况下,本文方法可以快速准确地得到试验件在整个振动疲劳历程中的模态阻尼系数,固有频率的相对偏差小于0.06%,模态阻尼系数的相对偏差小于1%。为进一步揭示金属材料振动疲劳损伤的形成机理奠定了基础。     

飞机典型金属材料振动疲劳历程中模态阻尼比获取方法研究

结构模态阻尼比是影响振动疲劳特性的主要因素,获取模态阻尼比对于结构振动疲劳的分析和仿真计算有重要作用,对于揭示金属材料振动疲劳损伤形成机理有直接意义。本文选取典型航空金属材料2024-O铝合金,进行了大量的元件级振动疲劳试验及仿真分析计算,并提出了一种基于有限元分析计算的振动疲劳历程中结构模态阻尼比的获取方法,适合于元件级结构振动疲劳过程中模态阻尼比变化规律的获取。研究结果表明:本文方法可以在不中断振动疲劳试验的情况下,得到较精确的振动疲劳历程中的模态阻尼比,从而为进一步揭示金属材料振动疲劳损伤形成机理提供了良好的基础。     

弹性涂层材料的冲蚀损伤特性研究

文章设计了材料冲蚀疲劳特性试验及通过曲线拟合确定弹性接触条件下材料冲蚀特性参数的方法，并用力学分析与冲蚀试验相结合得出弹性涂层材料的粒子冲蚀疲劳特性曲线(lgσ-lgN^*曲线)。进一步分析了弹性接触状态下冲蚀磨损率与材料特性及工况主要参数之间的定量关系。结果表明，这种材料的冲蚀疲劳极限应力σ0在MPa左右，冲蚀磨损率大约与冲击速度及冲击角的正弦成2．6次方关系。     

发动机薄壁盘类零件振动疲劳试验技术研究

以某发动机薄壁盘类零件为例,采用分析与试验相结合的方法进行了薄壁盘类零件振动疲劳试验方案设计与调试,验证了分析与试验方法的可靠性。并在此基础上,采用共振驻留控制方式进行了振动疲劳正式试验,获取了振动疲劳试验过程中的相关物理参数的变化规律,包括共振频率和等效应力与激振加速度量值及循环数之间的关系,并且验证了高温合金材料在高周振动疲劳服役中的材料硬化等性能,最后得到了该薄壁零件的疲劳寿命。所提出的试验设计方法、试验方法及得出的结论可为发动机薄壁盘类零件振动疲劳性能考核验证及强度性能评估提供一定的参考。     

高周疲劳各向异性损伤问题研究

引用损伤力学方法研究金属构件疲劳问题，并采用微结构力学模型建立了各向异性疲劳损伤本构关系与附加力-有限元解法，以损伤划分步长预估了构件疲劳裂纹形成与扩展寿命．用这一方法预估30CrMnSiNi2A材料含缺口圆棒试件全寿命．结果表明，理论S—N曲线与试验S—N曲线吻合良好．该方法所需机时较少，可用于工程实际构件的疲劳寿命预估及抗疲劳优化设计．     

金属连接导管振动疲劳极限测试方法研究

为确定滚压和焊接钛合金导管的振动疲劳极限寿命,采用HB5277-84规定的振动疲劳试验方法和失效准则。分别利用激光位移传感器和电阻应变片测定了试件的第一阶频率和规定加速度载荷激励下的试件悬臂端位移及试件根部的应变。试验发现：对于具有连接特性的试件在进行定频振动疲劳试验初期,试件第一阶响应频率快速下降,此时试件并未发生裸眼可见破坏和裂纹。为满足产品定寿要求,采用逐级增加试验载荷进行扫频振动试验,直至试件频率稳定以及根部应变和端部位移达到试验要求后,再进行正式定频振动疲劳试验,仍采用依据频率下降1%作为失效准则完成了所用规定试验。     

气动加载与振动激励耦合试验方法研究

飞机结构在飞行过程中同时承受气动载荷和振动载荷的联合作用,这两种载荷的耦合加载试验对于飞机结构成为一项重要的研究内容,所以有必要对此类试验的可行性及其耦合加载方式进行研究。此次试验以气囊加载静载/常规疲劳载荷状态下试件的振动响应测试为目的,设计符合试验要求的试件和整套试验装置。得到了气囊5种不同加载情况下试件振动响应变化情况,并对此试验结果进行了理论分析,得出以下结论:a)气囊模拟静载/常规疲劳载荷加载不会大幅改变结构本身振动特性,此耦合试验方法所模拟环境比较接近飞机结构真实载荷环境;b)加载气囊的个数、部位及加载力的不同对试件结构的振动响应有一定影响,应增加气囊蓄能器或在试验前进行分析以选择合理的加载点。     

基于真空吸盘的新型振动加载技术研究及应用

传统的振动加载技术,试件通过刚性夹具与振动台台面进行连接,刚性夹具采用螺栓与振动台台面和试件进行连接。一些试验要求振动加载装置的连接不能破坏试件结构,传统的螺栓方式不能满足要求。本文研究了一种基于真空吸盘的新型振动加载技术,振动加载杆通过真空吸盘吸附在试件表面。该项技术已在垂尾结构的动态疲劳试验中得到应用。应用实践证明,这种基于真空吸盘的振动加载技术方便、可靠、安全,弥补了传统加载方式的不足。     

透平转子的可靠性设计

介绍透平转子的可靠性设计方法。该方法以传统的转子强度和振动的设计方法为基础,把透平转子的静应力、材料静强度、应力幅、尺寸系数、表面加工系数、应力集中系数、材料疲劳极限、热疲劳累积损伤程度、材料低周疲劳程度、蠕变寿命、固有频率、激振力频率、不平衡响应等处理为随机变量,使用机械概率设计法确定转子设计的可靠度。文中给出了透平转子静强度、疲劳强度、热疲劳、蠕变寿命、避开弯曲共振、避开扭转共振和限制不平稳响     

考虑舞动和微风振动的复合横担疲劳评估

复合横担在实际运营环境长期荷载作用下的疲劳性能是影响其向不同电压等级输电线路大范围推广应用的关键因素，准确的预测和评估复合横担在典型运营荷载下的疲劳寿命是确保其在服役期内安全、可靠运行的重要保障．本文以目前国内最具推广应用前景的双柱斜拉式复合横担为研究对象，对输电线路发生导线舞动、微风振动时横担的受力情况进行分析，借助有限元软件ANSYS，进行了复合横担的静动力特性分析，得到了横担上危险点的应力时程曲线，最后结合材料的S-N曲线利用Miner线性累积损伤理论评估了复合横担的疲劳寿命．结果表明，复合横担在不同舞动工况下的失效破坏模式以及疲劳寿命完全不同；当输电线路中存在一个半波的舞动时，由于舞动幅值过大，复合横担一般发生静力失效破坏；在不考虑任何防震系统的前提下，当发生偶数个半波舞动时，耐张塔复合横担的使用寿命在5.1年以上，其在微风振动情况下的平均使用寿命可达30年．     

利用红外热像技术快速预测材料的S-N曲线

研究材料疲劳一般采用试验的方法,但试验周期长, 所需试验试件和费用多,一直以来都是材料疲劳试验难以克服的困难,人们一直在探寻能快速得到材料疲劳性能的方法.本文在前人研究的基础上,采用红外热像技术,确定了材料的疲劳极限,并在"同种试件疲劳破坏消耗的塑性功不变"的假设下,通过建立塑性温升、热耗散、塑性功之间的关系给出了试件疲劳寿命的计算公式.由此经过简单的试验,理论上用一根试件,试验几个小时就可以快速确定材料的疲劳寿命,给出材料的S-N曲线.     

金属管线高温环境下的断裂失效分析

超燃冲压发动机燃烧室试验台配置了大量金属管线,煤油作为燃料和冷却介质在其中输运,在实验过程中发生管线早期断裂失效,对此开展了分析。首先利用三维体视显微镜与扫描电镜进行了断口观察与分析,表明管线的开裂起源于焊缝根部,具有典型的多源起源特征;裂纹源区具有蓝色半圆形特征,表明存在焊接裂纹。同时,断口呈现明显的疲劳辉纹,间距为亚微米量级。根据辉纹间距与管材壁厚以及使用寿命分析,确定了疲劳载荷的频率范围;根据理论公式与有限元模态分析对管线的自振频率进行了估算,其结果与断口分析的结果吻合良好。以上研究结果表明管线断裂是典型的振动疲劳失效导致的。为此,建议在管线中部增加固定点约束,改变管线的自振频率以降低振幅,并改进焊接工艺,提高管线焊接质量。基于以上措施,有效解决了管线的早期断裂失效问题。     

SMT solder joint's semi-experimental fatigue model

The low-cycle fatigue induced by thermal cycling is the major concern in the reliability of surface mounted technology (SMT) for electronic packaging; however, dynamic loading effects to solder joint fatigue life have not been thoroughly investigated. In fact, the high-cycling fatigue induced by vibration can also contribute a significant effect. In certain circumstances it can become the dominant failure case when semiconductor devices are used in a vibration environment. In this paper, according to random vibration theory, a random fatigue semi-experimental model of SMT solder joint in random vibration condition is created and a series of vibration fatigue experimental vehicles including PBGA256 assembly were conducted. Compared with random vibration test results, its results are good enough to predict solder joints' fatigue.     

谱载荷下疲劳裂纹扩展随机规律的实验研究

简要介绍了谱载荷下疲劳裂纹扩展试验的理论基础、方法和过程。讨论了各种数据处理方法对参数估计的影响,研究了疲劳裂纹扩展的随机规律。由试验得到的疲劳裂纹扩展试验数据估计了裂纹扩展方程的参数,计算出结构可靠度曲线,通过对试验结果的分析难证了以下结论：以时间为参量的裂纹扩展随机过程模型和以裂纹长度为参量的模型在一定条件下是统一的;数据处理方法的选择与可靠性分析的结果有密切的联系;裂纹扩展寿命受裂纹扩展队机