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。     

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.     

停歇对疲劳裂纹扩展超载迟滞效应影响的研究

本文用 16 Mn和 A 537 两种普通低合金钢试件,较系统地研究了停歇对疲劳超载迟滞效应的影响。研究表明,疲劳载荷中的停歇对超载迟滞效应有明显影响,其影响的程度大小与停歇时的载荷 P_H,停歇时间 t_H 等因素密切相关;不但可能使试件的疲劳寿命减少,也可能使试件的疲劳寿命增加。在工程结构疲劳设计、分析及应用超载迟滞效应时应予以注意。     

停歇对疲劳裂纹扩展超载迟滞效应影响的研究

本文用 16 Mn和 A 537 两种普通低合金钢试件,较系统地研究了停歇对疲劳超载迟滞效应的影响。研究表明,疲劳载荷中的停歇对超载迟滞效应有明显影响,其影响的程度大小与停歇时的载荷 P_H,停歇时间 t_H 等因素密切相关;不但可能使试件的疲劳寿命减少,也可能使试件的疲劳寿命增加。在工程结构疲劳设计、分析及应用超载迟滞效应时应予以注意。     

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.     

谐振载荷作用下工程结构振动疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

建立了预估谐振载荷作用下结构振动疲劳寿命的损伤力学-有限元方法。首先根据损伤热力学原理,构建了损伤演化方程,建立光滑试件在恒幅应变交变载荷作用下寿命预估方法;进一步由损伤力学守恒积分原理,得到恒幅重复载荷作用下应力与寿命的关系式;然后根据标准件疲劳试验结果,拟合得到损伤演化方程中的材质参数;最后利用APDL语言编程对ANSYS软件进行了二次开发,借助ANSYS软件对谐振载荷作用下结构振动疲劳裂纹萌生寿命进行预估。作为算例,本文利用该方法预估了LC9CgS1铝合金梁谐振载荷作用下疲劳裂纹萌生寿命。     

航空发动机复合材料叶片振动疲劳特性研究

针对发动机复合材料叶片开展了振动疲劳特性研究。首先通过模态测试获得叶片结构的振型图,确定叶片在振动中应力最大部位疲劳薄弱部位;其次采用振动台施加窄带随机激励载荷,并监测其疲劳薄弱部位的应变水平,获得了复合材料叶片的振动响应及疲劳特性。试验结果显示,叶片在350με应变水平下的振动疲劳寿命为5.46×106;复合材料叶片的固有频率随试验时间的增加而降低。上述结果可为复合材料叶片在发动机中的应用提供部分依据。     

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。     

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。     

变应力幅值下的疲劳寿命问题

本文讨论了飞机结构或构件,在变应力幅值下疲劳寿命的估算方法;并根据大量的切口试件的程序疲劳试验,从理论上和实验上阐述了平均应力、少数极高应力、应力次序、循环块几寸以及地一空周等主要因素对对疲劳寿命的影响.     

Resonant fatigue testing of riveted joints

A special test facility was constructed for evaluating the fatigue strength of turbine-blade components under steady pullout and vibratory bending loadings. The use of mechanical resonance for these applications was particularly attractive in that failure in inaccessible areas could be detected by the change in natural frequency of the specimen. The sensitivity of the method allowed determination of a fatigue crack as early in life as possible. The application of this facility to the determination of the fatigue strength of a type of riveted connection employed on certain types of blades is described in this paper. A steady load representing the centrifugal force was applied hydraulically through a long flexible pullrod which in combination with the test specimen was excited laterally at its resonant frequency by an electromagnetic shaker. An accelerometer provided closed-loop control on both vibration amplitude and resonant frequency through special circuitry. Fatigue-strength reduction factors at 10⁷ cycles were determined for three types of riveted test specimens in air at room temperature. These values exceeded the elastic stress-concentration factors estimated from earlier photoelastic tests for all three cases.     

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     

振动环境下点焊元件的疲劳特性研究

本文论述了振动环境下点焊元件疲劳试验原理、方法和过程,得到了一些反映其疲劳特性的试验结果,分析和讨论了振动疲劳破坏机理,给出了裂纹萌生 p—S—N 曲线和断裂 p~*—S~*—N~*曲线。     

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.     

基于疲劳传感器的大型桥梁载荷谱检测研究

提出基于同一倍增器上双疲劳计的桥梁载荷谱检测方法,将疲劳传感器上两个疲劳计以不同方向粘贴得到不同放大系数,由恒幅标定数据和等效原理用插值方法得到复杂加载下疲劳响应计算方法,并根据桥梁载荷谱的瑞利分布特点,得到该分布下的疲劳响应计算方法.采用倍增器的双疲劳计结构设计,利用疲劳计响应的非线性特性,得到疲劳传感器电阻变化与桥梁瑞利载荷谱的对应关系.本文疲劳试验表明,试验载荷谱与预测载荷谱相当吻合,所设计的疲劳传感器性能良好,能够满足桥梁疲劳载荷检测要求.该传感器的检测原理提供了一种新的工程疲劳检测方法,它较目前采用的其它方法效率高、精度好,适用于长期疲劳监测.     

Experimental study for reliability of electronic packaging under vibration

An automated fatigue-testing system was developed for an experimental study on the integrity of the electronic packaging subjected to mechanical vibration. The fatigue-testing machine utilized the electromagnetic device as an actuator. A data acquisition system was developed for the fatigue test of the electronic board. The fixture for the specimen was designed to be suitable for measuring the fatigue life of a typical module/lead/card electronic system subjected to vibration. With this automated fatiguetesting machine, the mechanical integrity of surface mount component with the spider gullwing leads has been studied by a mechanical flexural fatigue test. An experimental method was developed to measure the changes in electrical resistance in the lead, which is used to indicate a fatigue failure. Finally, a relationship between the loading force and the fatigue life of high-cycle region was discussed for the lead of spider gullwing type surface-mounted component. With the relation, the fatigue life of the surface-mounted component (SMC) subjected to vibration environment was predicted successfully.This paper was presented at the 1995 SEM Spring Conference on Experimental Mechanics, Grand Rapids, MI, June 12–14.     

随机振动载荷动力学等效的一种工程实现方法

利用实验室振动加载技术来等效模拟实际工况的随机振动载荷,以研究结构的振动环境适应性,是工程界通用的做法。文中讨论了随机振动载荷动力学等效的过程与方法,针对小阻尼稀疏模态结构,给出了基于结构振动响应等效的随机振动载荷等效关系的工程应用表达式和评价等效载荷对疲劳损伤影响的方法。简支梁数值模拟表明,通过文中方法设计的等效随机振动载荷,不仅可以获得变化不大的结构响应,而且疲劳损伤等效结果也可以满足工程应用精度要求。     

大环径比O形金属橡胶密封件的疲劳力学特性及试验研究

金属橡胶内部线匝之间相互咬合钩联,形成非常复杂的空间网状结构,是一种累积损伤的材料,而金属橡胶密封件除了内部线匝还有外包覆,因此常规金属疲劳理论无法适用. 以O形金属橡胶密封件作为研究对象,搭建疲劳损伤试验,选取耗能ΔW,损耗因子η和损伤因子D作为疲劳损坏评判指标,开展大环径比O形金属橡胶密封件疲劳寿命性能研究和疲劳寿命试验,采用控制变量法研究加载振幅、激振频率、孔隙度对金属橡胶疲劳磨损和疲劳寿命的影响. 研究结果表明:金属橡胶密封件的迟滞回线呈现明显的“柳叶状”,并且在15万次振动周期前耗能能力有所下降;金属橡胶密封件的刚度随着孔隙度的减小而增加,试验样件的疲劳损伤随着孔隙度的减小而增加;加载振幅的增加会不同程度地加剧金属橡胶密封件的疲劳磨损,试验内容填补了O形金属橡胶密封件疲劳寿命性能研究的空白,为金属橡胶密封件的疲劳寿命研究提供一定的基础.