对接厚板表面裂纹的残余应力强度因子

利用线弹簧模型求解对接厚板表面裂纹的残余应力强度因子。基于Reissner板理论和连续分布位错思想,将对接厚板表面裂纹问题归结为一组Cauchy型奇异积分方程,并采用Gauss-Chebyshev方法给出了奇异积分方程的数值结果,并与有限元解进行比较,计算结果表明:用线弹簧模型解决含残余应力表面裂纹问题不仅是合理可行的,而且是一种简单方便的方法,便于工程实际应用。     

基于ANSYS Workbench的轴套表面裂纹应力强度系数有限元分析研究

针对轴套表面裂纹受力复杂、不易进行理论计算的问题,开展了基于ANSYS Workbench的裂纹有限元仿真方法的研究,得到了轴套表面裂纹应力分布与裂纹尺寸和过盈偏差的关系,以及应力强度系数沿裂纹前缘位置的分布规律。通过对比发现,轴套表面裂纹的仿真结果与理论计算误差10%,由此说明了有限元方法的有效性。     

59式57mm高射炮炮管疲劳寿命的工程分析

本文应用Schmitt-Keim方法对59式-57mm高射炮炮管内壁表面裂纹的疲劳寿命进行计算,并对计算结果进行回归分析,得出计算该炮管各种裂纹疲劳寿命的近似公式。结果表明当内壁具有常见的短而浅的裂纹时,其疲劳寿命大于磨损寿命。     

内压作用下复合材料修复裂纹管道的失效分析

为准确评估在内压作用下纤维复合材料修复含裂纹管道的有效性及失效压力,建立复合材料修复后裂纹管道的失效数值模型。该数值模型通过扩展有限元法模拟管道裂纹的扩展,利用cohesive单元模拟胶层的脱粘失效,复合材料的失效通过最大应力失效准则进行判定。通过静水压爆裂试验对所提失效数值模型进行验证,实验结果与数值计算结果具有较好的一致性。失效数值分析结果表明:当内压增大至一定值后,未修复管道的初始裂纹沿轴向及壁厚方向逐渐扩展,进而使得管道内壁单元扩展成真实裂纹,此时真实裂纹贯穿整个壁厚方向,即认为裂纹管道发生爆裂失效,爆裂失效压力随初始裂纹半长呈指数形式下降。复合材料修复裂纹管道的不同修复工况呈现相同的失效模式:在单调递增的内压作用下,管道内表面首先出现黏结裂纹,而后其外表面裂纹张开趋势急剧上升,使得复合材料层应力急剧上升,达到极限强度而失效。且对于不同的初始裂纹尺寸,存在对应的复合材料缠绕层数临界值。     

预制缺陷柱壳结构的等效裂纹分析方法

针对传统有限元法在分析预制缺陷柱壳时出现的应力/应变计算精度不足、无法有效指导工程实践的问题,提出了一种具有高冗余度的等效裂纹分析方法。将预制缺陷视作典型裂纹,基于奇异裂纹元法对其进行裂纹稳定性分析,并根据稳定性分析结果来评估预制缺陷柱壳的结构完整性。通过该方法得到的分析结果具有比常规有限元分析更高的可靠性,对于导弹线式爆炸分离装置等工作环境恶劣、风险系数较高的预制缺陷柱壳结构而言,该方法有助于提升其设计的安全裕度,具有一定的工程实用性。     

位移不连续法在裂纹扩展仿真中的应用

探讨了在应用位移不连续法仿真裂纹扩展时对加载方式、裂纹扩展长度及应力强度因子计算等问题的处理方法,并据此编制了仿真程序,分析了裂纹在单向压载作用下的扩展趋势和应力变化,具有一定的工程应用价值。     

LD10cs薄板表面裂纹弹塑性疲劳扩展速率实验技术研究

本文提出用有机颜料着色法检测表面裂纹疲劳扩展时的尺寸和形状,其结果表明,这是铝合金薄板表面裂纹测深行之有效的方法;且对表面裂纹弹塑性疲劳扩展中的其它问题,即韧带、背表面屈服、裂纹形状变化规律和裂纹穿透点进行了研究,最后用线弹簧模型处理了疲劳数据,并得出了一些结论。     

三维表面裂纹扩展轨迹与数值仿真研究

针对三维表面裂纹扩展形态和轨迹难以预测的特点,基于ANSYS有限元分析软件,利用三维裂纹扩展仿真方法,开发三维裂纹扩展程序,研究典型的三维表面单裂纹与三维非等大共面表面双裂纹扩展轨迹,实现了任意三维多裂纹扩展轨迹的数值模拟。主要研究内容与结论如下：针对三维表面单裂纹模型,当初始裂纹形状c/a>1时,最深处的应力强度因子值大于自由表面处应力强度因子值,随着裂纹的不断扩展,前缘会渐渐趋于稳定的圆形。而对于三维非等大共面表面双裂纹,较大的裂纹扩展速率大于较小的裂纹。开始时2条裂纹均沿光滑的样条曲线扩展,后来受到另一条裂纹的影响,在彼此接近处,由于应力放大作用,此部位的应力强度因子变大,扩展速率也会高于裂纹前缘其他部位。     

宇航压力容器的概率断裂分析

本文根据概率断裂理论,分析了某宇航压力容器的可靠性。某典型的贮存试验容器,生产后在焊缝处出现许多裂纹。按概率断裂理论,这个容器的可靠度由下式计算:这里R,R_f分别是可靠度和破坏概率,f(α),φ(α_c)分别是裂纹尺寸和临界裂纹尺寸的概率密度函数。通过对165个断裂韧性子样数据的分析表明:断裂韧性K_c服从正态分布,而裂纹尺寸以第二类指数分布拟合较合适,分析中断裂评定按K准则。可靠度的计算采用了Monte Carlo法。计算结果表明:模拟次数N=5000次,即可得到令人满意的精度。最后,对计算结果做了讨论。     

希尔伯特-黄变换在脉冲涡流信号消噪与识别中的应用

针对传统方法无法有效识别不同尺寸细小裂纹所产生的脉冲涡流信号,提出一种基于希尔伯特-黄变换的脉冲涡流信号消噪与识别算法。对脉冲涡流信号进行集成经验模态分解并通过归一化自相关函数及其方差特性分选出含有噪声的本征模态函数;对含噪声的本征模态函数进行阈值消噪并与未做处理的本征模态函数重构成无噪声信号;对无噪声信号进行希尔伯特-黄变换并计算出希尔伯特边际谱;根据希尔伯特边际谱的差异识别出不同细小尺寸的表面与下表面裂纹。实验结果表明了所提方法的有效性,经过集成经验模态分解消噪,消除了噪声对脉冲涡流信号的干扰;而基于希尔伯特-黄变换的方法则能够有效识别出不同尺寸的裂纹。     

S-N曲线拟合的灰色方法

本文借助于灰色系统理论中GM(1,1)的直接建模方法,能方便地确定了三参数经验公式N(S-S_0)~m=D中的三个参数S_0,m和D,从而为工程上广泛利用三参数经验公式拟合S-N曲线试验数据提供了一个较新的方法。算例表明,本方法简单、实用、精度较高。     

考虑多轴应力与共振影响的随机振动疲劳寿命预测

目前工程上计算结构随机疲劳寿命时,仍经常采用基于单轴拉-压疲劳寿命(Stress-Number of cycles,S-N)曲线的应力寿命方法。虽然使用简单方便,但这种方法不仅忽视了单轴S-N曲线且不能准确反映结构在多轴应力状态下的疲劳,还忽略了随机振动中共振对结构疲劳寿命的影响,因此该方法在预测结构在随机振动下的疲劳寿命时与实际寿命往往有较大误差。对此引入三轴因子来反映结构在随机振动下的多轴应力状态,同时推广得到其在频域上的表达式,并在此基础上引入非线性函数,提出了一个新的随机振动疲劳损伤参量——多轴振动因子。新的损伤参量不仅同时考虑了结构随机振动下的多轴应力状态与共振对疲劳寿命的影响,而且该损伤参量形式简单,便于工程应用。利用新的随机振动疲劳损伤参量,得到了适用于随机振动下的多轴S-N曲线,从而建立了一种新的随机振动疲劳寿命预测方法。通过对7075-T6和LY12CZ铝合金缺口试件的随机振动疲劳寿命进行预测,结果表明该方法较准确地预测了两种缺口试件随机振动下的疲劳寿命。     

FRC/钢嵌入式T型接头疲劳试验及可靠性分析

为了研究FRC/钢嵌入式T型连接接头疲劳特性,采用真空成型工艺(VARTM)及缝合技术制作T型连接接头,利用Letry疲劳试验机对接头开展拉-拉疲劳试验。根据疲劳试验结果,研究了T型接头在拉-拉疲劳载荷作用下初始损伤特性及损伤演变规律;基于两参数Weibull分布模型,开展T型连接接头疲劳可靠性分析,拟合得到接头在不同应力水平下的疲劳寿命分布规律,给出接头在不同应力水平下疲劳可靠度函数,以及接头在指定可靠度下应力/寿命双对数曲线关系式(R-lnS-lnN曲线)。结果表明,ln ln[1/R(N)]与lnN呈现良好的线性关系,T型接头疲劳寿命服从Weibull分布;疲劳寿命可靠度双对数方程建立了可靠度、疲劳寿命以及疲劳应力的关系,可指导接头疲劳可靠性设计和工程应用。     

A probability model for initial crack size and fatigue life of gun barrels

With constant firing, metal fatigue produces cracks in a gun barrel. The useful life of the barrel comes to an end when a crack develops to a critical size. The theory of Fracture Mechanics suggests a formula for crack size growth rate. This formula can be used to determine the life of a barrel, depending on the initial and critical crack sizes and other factors. The initial crack size turns out to be a dominant factor. Unfortunately, accurate measurements are not generally available on the initial crack size. In this paper, we propose a simple probability model for the initial crack size and this, in turn, leads to a probability distribution of the life of the barrel. This last distribution is the well-known exponential distribution with a location shift. The simplicity of this final result is one of the factors that make the model appealing.     

复合材料修补金属裂损结构吸湿老化的试验与有限元分析

暴露在湿热环境中的复合材料修补金属裂损结构易吸湿老化,导致该结构性能下降,服役寿命缩短。为研究吸湿性对复合材料修补金属裂损结构修补效果和耐久性的影响,利用试验方法分析了吸湿性对复合材料胶补金属裂损结构及胶黏剂力学性能的影响;利用有限元方法评估了吸湿性对复合材料胶补金属裂损结构试验件修补效果和耐久性的影响。研究结果表明:吸湿后含穿透双边裂纹铝合金板玻璃纤维单面胶补试验件的疲劳裂纹扩展寿命和极限载荷的平均值分别下降为吸湿前的71%和90%;吸湿造成拉伸条件下复合材料胶补金属裂损结构胶层失效模式由内聚破坏为主转变为界面破坏为主;在"湿-热"老化30天后,E44/聚酰胺环氧树脂胶黏剂试验件吸水饱和,弹性模量下降为未老化前的40%,塑性应变超过了总应变的25%;有限元分析发现胶层损伤受吸湿影响明显,吸湿性加速了胶层损伤,且裂纹长度越长,加速作用越明显;同时吸湿使得裂纹尖端的J积分值急剧增大,导致修补结构的疲劳裂纹扩展寿命缩短,裂纹长度越长,吸湿性对于复合材料胶接修补效果的危害越严重。     

耐久性及其在装备研制中的应用

机械产品在武器装备中占有较大的比例，机械产品的故障，有很多是由于疲劳、磨损、腐蚀、老化等渐变性的耗损过程造成的，寿命是机械产品可靠性中的重要问题。耐久性的提出为解决机械产品与寿命有关的问题提供了方法和工具。通过探讨耐久性的定义、极限状态、耐久性参数、耐久性分配与预计等有关耐久性的基本问题，给出了耐久性分配与预计的工程实例。     

多体动力学仿真车辆传动齿轮疲劳寿命灵敏度分析

齿轮是机械传动中重要的传力构件,由于测试手段和试验方法的限制,齿轮设计的时候多采用静强度设计理论,无法准确地反应实际情况下的动态特性,导致齿轮的实际寿命和设计寿命有较大的差距。基于多体动力学仿真分析方法建立履带式车辆传动系统虚拟行驶试验平台,获得齿轮在不同工况下的动载荷谱。基于疲劳分析软件MSC.Fatigue获得了齿轮的疲劳寿命,进而改变齿轮的结构参数分析不同结构齿轮的疲劳寿命,得到其疲劳寿命随不同结构参数变化的规律,进行齿轮疲劳寿命的灵敏度分析,为齿轮的结构优化作了一定的探索。     

复合材料层合板疲劳寿命形状参数与门槛值分析方法

复合材料性能具有较大的分散性,在表征复合材料疲劳寿命时,必须考虑分散性的影响。以M21C复合材料开孔层合板为研究对象,采用Sendeckyj等效静强度模型和随机变量函数的概率分布方法推导了复合材料层合板疲劳寿命形状参数和剩余强度形状参数的关系,通过试验和统计的方法获得了M21C复合材料开孔层合板的疲劳寿命形状参数和疲劳门槛值,对载荷放大系数以及低载截除水平的确定提供了数据支持。     

基于神经网络的材料非稳态疲劳损伤可靠性研究

疲劳累积损伤是一个非稳态能耗过程,可以用遗传算法优化后的3层2 7 1BP神经网络来描述疲劳损伤的非线关系,经仿真验证表明,该神经网络具有较高的精度和泛化能力.通过对材料疲劳损伤临界值和载荷的分散性的分析研究,建立了疲劳失效动态准则,并运用蒙特卡罗随机抽样法对材料疲劳寿命的可靠性进行了仿真验证;对调质45号钢在随机载荷和2级载荷作用下,进行了疲劳寿命可靠性仿真计算,仿真结果与实验结果和理论分析比较吻合.     

某型飞机平尾轴疲劳断裂失效分析

采用台架试验装置对某型飞机平尾轴进行了疲劳试验,通过断口的观察分析、断口部位的金相分析、硬度检测、有限元结构应力分析,确定了平尾轴的失效模式,并对其断裂失效原因进行了分析。结果表明：平尾轴的断裂性质为疲劳断裂,裂纹源均起源于大轴简体内壁加工刀痕形成的沟槽处,变截面圆弧造成的结构应力集中和粗糙加工刀痕形成的附加应力集中是造成大轴疲劳断裂的主要原因。关键词：平尾轴;疲劳断裂;失效分析;应力集中