军机DFR方法在钛合金电子束横焊缝结构上的应用验证

为在飞机结构设计阶段进行钛合金焊接件的疲劳强度评估,采用军机DFR方法进行了TC4-DT钛合金电子束横焊缝试件的疲劳分析,并对其进行了试验验证。首先,进行了TC4-DT钛合金电子束横焊缝试件的DFR基准值测试,得到DFR基准值为470MPa;其次,为了验证军机DFR方法分析结果的可靠性,进行了TC4-DT钛合金电子束横焊缝试件在随机谱下的成组疲劳试验,采用断口判读技术确定裂纹萌生寿命,得到了随机谱下的试验中值寿命;最后,利用测得的DFR基准值,采用军机DFR方法评估得到随机谱下成组试验的试验件中值寿命以及对应试验中值寿命的应力水平。对比分析结果表明:分析寿命比试验寿命低10%,分析的应力水平比试验应力水平低3%。此结果表明军机DFR方法略偏保守,与DFR方法计算结果偏保守的特征一致,也验证了军机DFR方法在TC4-DT钛合金电子束焊接件上应用的可行性。     

细节疲劳额定值法的拓展应用研究

针对具体工程结构的疲劳特性,结合不同应力疲劳曲线模型(S-N曲线的幂函数模型、Weibull模型、双折线模型)和等寿命曲线模型(Goodman模型和Gerber模型),分别建立细节疲劳强度额定值(DFR)表达式,对传统的基于幂函数型S-N曲线和Goodman型等寿命曲线建立的DFR法进行拓展,并通过算例分析其对结构疲劳寿命评估结果的影响。结果表明:与传统的DFR法相比,拓展后的DFR法提高了对结构不同疲劳安全性设计要求的适用性,实现了其在结构低周和超高周疲劳分析中的应用。     

古典强度理论及其发展

各种机器结构的设计制造,都需要解决材料在复杂应力状态下的强度问题.由于进行复杂应力状态的材料试验较为复杂,以及各种复杂应力状态组合的无穷性,常常不可能进行一个完备的试验,来得到材料在复杂应力状态下强度的完整数据.因此人们总希望能够根据一些简单的试验 ...     

LY12-CZ板材表面裂纹疲劳扩展特性的实验研究

本文对LY12-CZ板材半圆形表面裂纹在拉-拉疲劳循环下裂纹扩展特性进行了初步研究。试验采用“降载勾线法”,获得了α-N和c-N数据,对在铝合金中勾线的具体问题做了探讨,指出应力比是重要影响因素。提出了用取平均的方法来折算。等效勾线循环次数”。采用了多种方法处理试验数据。经过比较,认为对于表面裂纹扩展数据采用本文的“三点滑动二次曲线拟合法”比较简便合理,其结果与采用切比雪夫多项式拟合很接近。按照Paris公式和Forman公式整理裂纹扩展速率和应力强度因子幅值之间的关系,结果较好。通过试验,考察了过载对于裂纹扩展的影响。同时还对试样断口进行了电镜分析,得到了有益的结果。     

基于损伤力学的复杂航空构件疲劳寿命预估

为提高复杂航空构件疲劳寿命的分析精度,降低对试验的依赖程度,本文基于考虑局部应力状态的损伤力学理论,利用USDFLD子程序将损伤控制方程嵌入ABAQUS中,对航空挡块结构的疲劳寿命进行了预估仿真试验,实现了评估复杂构件裂纹萌生寿命的损伤力学-有限元分析方法,并与名义应力法的分析结果进行了对比。发现对于本次试验的预估,损伤力学法和名义应力法计算寿命与试验平均寿命的相对误差分别为6.9%和20%。因此,对于复杂结构形式,损伤力学法具有更高的精度,可以大大减少疲劳试验数量。     

金属蠕变与蠕变破坏理论综述

本文对金属在均匀单向与复杂应力状态下的蠕变与蠕变破坏行为及结构物蠕变下持久性发展了系统的试验与理论研究。 在试验研究中本文考虑了各种金属在恒应力与变应力下的行为,应力集中,加载方式对蠕变破坏的影响;同时还提出了材料的结构损伤的新的量测方法。     

基于结构应力的焊接接头多轴高周疲劳寿命估算

本文对承受弯扭组合载荷下的焊接接头危险点焊趾处进行了疲劳应力分析。结合结构应力考察了在比例载荷和非比例载荷下焊趾处临界面上的应力分量;建立了基于结构应力和修改的Wohler曲线法的临界面上多轴疲劳寿命估算方法;采用该方法对某管板焊接接头进行了多轴估算,将评定结果与文献中的疲劳试验数据做了比较,同包括欧洲钢结构规范3在内的其他的多轴疲劳评定方法相比,本文提出的多轴寿命估算结果最好,而且该方法具有网格划分不敏感性。     

CRAS与SAP5P的联接

本文介绍随机信号及振动分析系统CRAS与结构有限元计算程序SAP5P的连接方法.试验数据与计算数据在微机内的拼接,实现了模态试验结果与计算模型的相互校核与修正,给结构的动力分析提供了可靠的依据,是复杂、高技术产品的CAD/CAT一体化的一个重要手段.     

高量程MEMS加速度计的热应力仿真与可靠性评估

硅压敏电阻阻值漂移过大导致输出失效是高量程MEMS加速度计在恶劣温度环境下工作的主要失效模式之一。通过模拟仿真加速度计悬臂梁、芯片结构和封装后整体模型的热应力分布情况,确定了压敏电阻所在结构梁区域是最容易失效的位置,且最大热应力分布在芯片梁与质量块倒角处,其值约为107 N/m2;通过设计的高温加速恒定应力试验验证了加速度计的温度敏感特性,根据试验数据的特征采用三种可靠度评估方法定量外推出高量程MEMS加速度计在规定应力条件下的可靠度指标。研究结果表明,加速性能退化试验和基于退化量的可靠性评估方法适用于高量程MEMS加速度计在温度环境中的可靠性研究,能够利用有限的试验数据获得可信度较高的评估结果。     

斜拉桥索梁锚固区边界条件对结构受力的影响

针对苏通(苏州-南通)长江公路大桥斜拉桥锚箱式索梁锚固结构进行了足尺静载试验,采用空间有限元方法分析实际结构和试验模型锚固区的应力与变形,将试验与计算结果进行比较,验证计算方法的正确性。在此基础上,做了大量仿真计算,详细探讨了索梁锚固结构周围边界条件的不同对结构受力的影响,计算了实际结构在不同约束条件下索梁锚固区的各种应力分布情况,进而得到了一些有益的结论,为今后类似结构试验的设计提供参考。     

模型外载与自重并存变动外载的光弹性分析法

提出一个变动模型外载，分析大模型在外载与自重共同作用时的尤弹性法。它与用离心力模拟自重试验的传统方法完全不同，只要在大模型上变动外载，就可以获得上述两种载荷共同作用下的应力分析结果。此法避免了用离心模型自重受模型尺寸限制等诸多因素影响的缺点，为自重不可的大型复杂空间工程结构模型试验应力分析提出了一条新的途径。文中给出了本方法的基本原理及其简要的实验验证和工程应用结果。     

65°三角翼亚音速复杂流场计算和数据可视化

提出一种基于非结构混合网格和有限体积法的有效计算策略,对第二期国际涡流试验项目(second international vortex flow experiment,VFE-2)的尖前缘65°三角翼在马赫数0.4,迎角20.3°,雷诺数2×10~6条件下的亚音速复杂流场结构进行数值模拟,重点探讨了基于计算数据进行该类型复杂涡系干扰表面和空间流场关键特征提取和数据可视化问题.通过与相关试验类比,建立了与先进试验流动显示技术相比拟的定性和定量分析方法,为三角翼这类复杂流场结构的精细分析奠定了技术基础.采用上述方法,细致分析了亚音速三角翼的大迎角复杂旋涡流场结构,得到了与试验一致的结论.研究证实:在大迎角条件下,三角翼流动物理复杂,黏性效应耦合严重,只有通过N-S方程计算才能准确地捕捉主涡和二次涡的发展.     

飞机谱载下铝合金锪窝孔结构腐蚀疲劳研究

通过战斗机谱载下7475—T761铝合金紧固孔试件空气与3．5％NaCl环境中的疲劳试验和断口分析，得到了相应结构疲劳全寿命和孔边角裂纹的裂纹长度-寿命数据．通过三维有限元分析得到了孔边角裂纹的应力强度因子．采用我们新近发展的三维疲劳寿命分析软件，基于材料裂纹扩展基准曲线和一组直通孔实验数据，对锪窝孔结构角裂纹的疲劳和腐蚀疲劳扩展寿命进行了预测．结果表明，提出的基于三维断裂力学的寿命预测方法和软件对复杂结构的全寿命有精确的预测能力，比传统的局部应变法优越，可适用于复杂环境下三维结构的疲劳寿命分析．     

一种散体材料SHPB被动围压试验体应力修正方法

本文利用有限元仿真给出了一种修正方法，并用数值仿真和试验验证了该方法的可靠性。研究表明:散体材料SHPB被动围压试验中，试样厚度远小于厚壁圆筒长度时，端部效应会导致厚壁圆筒不均匀凸出变形，计算材料的体应力-应变关系不能将厚壁圆筒应力状态简化为平面应力问题；厚壁圆筒处于弹性状态下，通过厚壁圆筒理论计算出的径向力与真实径向力存在一定比例关系，在一定范围内，折算系数与试样实时厚度呈二次函数关系。     

结构动态应力计算方法研究

复杂结构动态应力的准确计算是一个没有圆满解决的问题。本文以最小余能原理为基础，提出了计算结构动态应力的最小伤痛有法。该方法采用二次分析思想，首先采用常规有限元对结构进行适当离散，计算输出结构所需应力区域的有限元结点位移和加速度动力时程反应，再应用最小余能法计算所求部位的动态应力值。这种方法的优点是它可以与现有的有限元程序有机结合，方便使用；动应力在区域内的分布规律可以由计算者根据具体情况而确定，一般情况下，可以选用二次曲线来逼近动应力在区域内的实际分布，避免了常规有限元法计算结构动应力时必须对单元形函数求导的做法，从而提高了动应力计算精度。计算结果表明：本文方法计算结构动态应力结果较常规有限元法的计算结果有明显改进，特别是当结构变化剧烈时，改进效果更为明显。     

转动结构在铜合金板带残余应力及变形检测中的应用

本文提出了一种转动结构用于铜合金冷轧板带残余应力检测以及面内形变的测量方法。用有限元法(FEM)对转动结构作了设计并优化以提高测量灵敏度、便于用线切割制备试样。在专用试验台上模拟残余应力释放,用应变仪和工具显微镜同时测量转动结构对应的应变和变形量输出,标定结果显示转动结构对残余应变检测灵敏度为0.49μm/10-6、相对偏差<4%,与FEM计算结果相吻合。分别用转动结构和化学腐蚀法对铜合金板带C194(600mm×0.23mm)纵向残余应力作了检测,两种方法的试验结果非常接近。本文提出的转动结构在精密铜合金板带残余应力和变形检测中具有测量准确、便捷、检测效率高的特点。     

复合材料修补结构腐蚀扩展特性实验研究

为了研究腐蚀环境对复合材料修补结构疲劳特性的影响,开展以某型飞机加速环境谱为基础的预腐蚀试验,并采用递进式的试验方法分别完成对未修补未腐蚀、修补但未腐蚀、又修补又腐蚀的试样疲劳裂纹扩展试验。利用试验数据计算了复合材料修补构型、腐蚀环境对裂纹尖端应力强度因子影响的修正系数,并确定了通过试验验证的修补结构疲劳裂纹扩展修正模型。该模型预测腐蚀环境下修补结构的疲劳寿命与试验值一致。试验数据和预测模型可为海军飞机复合材料修补结构的损伤容限设计提供参考。     

典型非金属材料的动静态应力-应变曲线测量

为测试聚碳酸酯(PC)和聚甲醛(POM)两种工程材料在中、低应变率下的动静态拉伸力学性能,本文采用液压伺服加载设备结合数字图像相关方法(DIC)进行了试验研究,测量得到了动静态应力-应变曲线。结果表明,PC材料断裂应力具有较强的应变率敏感性,适用于吸能构件;POM材料断裂应力应变均具有较强的应变率敏感性,适用于结构性构件。结合微观结构图像,分析其拉伸过程中细微观结构变化,为典型粘弹塑性材料(PC)和脆性材料(POM)宏观力学行为提供了微观解释。本文试验曲线为这类材料结构的数值仿真分析提供了试验数据。     

波纹钢屋盖结构板件相关屈曲的试验研究与分析

拱型波纹钢屋盖结构的受力机理异常复杂，波纹、加工制作过程中产生的变形和残余应力等初始缺陷在理论分析中很难精确定量描述。论文对波纹钢屋盖结构梯形截面板组进行了轴心和偏心压力作用下稳定承载能力的试验研究，并与理论结果进行了比较分析，试验与理论结果吻合较好。试验结果表明波纹板组具有较高的局部屈曲承载能力，但几乎无屈曲后承栽能力，与平板板组屈曲特性相比有显著差异。     

数据驱动梯度结构材料弹塑性本构

梯度结构材料因其优异的力学性能被广泛应用于工程结构中。本文整合塑性理论和人工神经网络技术,发展了一种构建梯度结构材料弹塑性本构模型的新方法。该方法基于梯度结构材料不同位置的微结构,构建不同代表性体积单元,进而生成应力应变数据,应用生成的数据训练人工神经网络,建立基于神经网络的材料本构模型。应用该方法,本文开展了针对实际工程结构件的计算,算例结果表明,该方法可快速计算梯度功能复合材料在循环载荷反向载荷状态下的宏观响应,且较为准确。该方法为模拟含复杂梯度结构材料的结构件弹塑性力学响应提供了新的工具。