某型车辆扭力轴疲劳断裂失效分析

某型车辆扭力轴在端部附近易发生早期疲劳断裂失效。通过断口分析、金相分析等方法研究了扭力轴的失效机理,并通过有限元建模进行了扭力轴的结构应力分析。结果表明:扭力轴端部存在疲劳断裂危险面,以及次表层蕴含大尺寸夹杂是扭力轴失效的主要原因。     

中间齿轮失效原因分析

某发动机中间齿轮在使用过程中发生早期失效。采用断口分析、化学成分分析、显微组织分析和硬度及层深测定等方法对失效的中间齿轮进行了分析。结果表明,中间齿轮存在明显偏载现象造成中间齿轮早期出现疲劳源,在交变应力作用下产生疲劳扩展而最终导致中间齿轮失效。     

平衡肘轴裂纹原因分析

某车辆在初样车试车过程中发现平衡肘轴有开裂现象。经化学成分分析、金相检测、宏观断口分析、综合分析等分析检测手段,最终确定裂纹是在试车过程中形成于连接销孔底部圆锥面与孔侧圆柱面相交的圆周处,在随后的试车过程中发生疲劳扩展。本论文针对所分析的结论,对原始设计工艺进行了研究,并作了一定的改进,在改进后的试车中,未发现类似的失效现象。     

预压力滚压表面纳米化技术原理及应用

针对装备零部件表面疲劳失效的问题,开发了一种能够在堆焊修复层表面制备纳米晶粒的预压力滚压技术,分析了该技术的设备特点和基本工作原理,利用场发射扫描电镜、高分辨透射电镜和纳米压痕仪对堆焊层表面纳米晶层微观结构及力学性能进行了分析。结果表明:滚压加工后,零件表面形成明显的塑性变形层,其中严重塑性变形层厚度约为15μm;最表层形成了细化均匀的纳米晶层,平均晶粒尺寸约为10 nm;表面硬度提高了3倍。该技术能够有效地细化表面晶粒,达到优化金属零件表面结构的目的。     

7B04铝合金孔壁超声振动抛光抗疲劳性能分析

针对7B04铝合金孔结构机加质量差、易腐蚀的问题,采用超声振动抛光技术,对原始机加孔和腐蚀孔分别进行了抛光处理,旨在改善和提高7B04铝合金原始机加孔和腐蚀孔的表面完整性。从孔壁处理前后的表面形貌和粗糙度变化情况可知:超声振动抛光可有效去除表面加工刀痕,去除腐蚀产物,同时表面粗糙度降低了43%以上,孔壁局部应力集中系数降低了24%以上,这有利于提高孔的抗疲劳性能。超声振动抛光技术为飞机孔结构的加工和维修提供了新的思路和方法。     

某调速器滑阀装置改进设计有限元分析

针对GPLE30液压调速器滑阀装置的组成零件衬套发生断裂的故障,对衬套的结构进行了改进设计。首先,采用有限元计算方法,分别对原设计和改进设计的衬套结构进行了建模和计算分析;然后,研究了衬套前后两种结构在扭转工况下的最大应力及其应力集中系数。分析结果表明:改进结构设计后的衬套所承受的最大应力和应力集中程度明显下降,因此提高了调速器的使用寿命,也证明了该改进设计的正确性。     

某式手枪枪管断裂失效分析

某式手枪枪管在组装前的高压试验中不断出现断裂.断口呈脆性特征,靠近内表面裂源部分(脆性断裂区)呈沿晶断裂形态,并发现有腐蚀产物,中间过渡区(裂纹扩展区)呈准解理 韧窝 沿晶形态,接近外表面部分(瞬断区)呈准解理 韧窝形态.分析结果显示断裂主要是应力腐蚀裂纹导致.枪管变形后的校正造成内表面有残余应力,为应力腐蚀提供了应力条件;除锈使用了酸洗工艺,为应力腐蚀提供了腐蚀条件.采取相应措施后,彻底避免了同样失效的发生.     

表面小缺口损伤的超声深滚抗疲劳强化处理

为研究超声深滚处理技术(Ultrasonic Deep Rolling,UDR)对零件表面损伤的抗疲劳修复与强化作用,制备了Ti-6Al-4V缺口疲劳试件,采用UDR技术对缺口疲劳试件进行了深滚强化处理。通过疲劳试验对比了深滚处理前后的缺口试件的抗疲劳性能。采用体视显微镜对疲劳断口和深滚处理后缺口附近的塑性变形进行了观察分析,根据名义应力法和局部应力应变法对缺口件的疲劳寿命进行了计算,并与试验结果进行了比较。结果表明:试验结果与计算结果较接近;与未经超声深滚处理的试件相比,经超声深滚处理后缺口试件的疲劳强度由276 MPa提高到523 MPa。断口分析表明:经超声深滚处理后疲劳裂纹源下移到缺口根部以下0.68 mm处,说明超声深滚在缺口根部引入的残余压应力是提高缺口试件疲劳强度的主要原因。     

瓦纳线与铜石墨材料断裂特性

通过测量材料力学性能和观察断口形貌,讨论铜石墨材料断口形貌中的瓦纳线与材料断裂特性的关系,发现瓦纳线是铜石墨材料韧性断裂的标志;结合材料微观结构特性,分析应力波的传播及其对材料的作用,认为瓦纳线是横波在材料中传播所引起的塑性变形.     

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。     

自行火炮扭力轴载荷谱的测量及疲劳寿命预测

为预测自行火炮扭力轴寿命，对某型自行火炮在不同工况下进行实车试验，获得了多工况下扭力轴的载荷谱。受力分析表明，表面最大拉应力是扭力轴的破坏应力；提出基于随机响应面对扭力轴寿命进行预测的方法，将低周疲劳寿命表达式中的随机参数表示为标准随机变量，引人随机响应的Hermite多项展开式进行拟合，建立了扭力轴疲劳寿命的显式函数。通过对实测载荷谱进行统计分析，依据寿命表达式可以预测扭力轴疲劳寿命，并给出概率分布。该方法弥补了传统响应面法以一般多项式拟合时不能保证收敛性的缺陷。     

喷涂层接触疲劳失效信号响应试验研究

采用超音速等离子喷涂设备制备了铁基自熔剂合金涂层，通过球盘式接触疲劳试验机考察了喷涂层的疲劳行为，使用扫描电子显微镜对涂层的截面和失效形貌进行了表征，研究了不同信号响应对涂层接触疲劳失效形式的指示作用。结果表明：在该应力水平下，喷涂层的接触疲劳失效形式为点蚀和分层失效。振动和扭矩信号的响应可以反馈不同的失效过程，点蚀失效过程中信号呈现渐变的特征，而分层失效过程中信号则发生明显的阶跃。     

军用车辆行动部分疲劳寿命随机有限元分析

阐述了基于随机有限元的车辆行动部分可靠性原理及基本过程,将结构件的弹性模量、泊松比和几何尺寸等因素定义为随机场,并对其进行离散,同时分析了车辆行驶的典型路面的路面谱,利用随机有限元求解在不同的路面状况下车辆行动零部件的受力情况,得到了零部件危险点应力的随机分布和不同路面状况下疲劳可靠性,并对相关的实例进行分析。     

杠杆式抽筒子的动态特性研究及拓扑优化设计

针对杠杆式抽筒子工作时出现的断裂失效问题,以动力学和有限元理论为基础,分别进行抽筒子的动态特性研究和拓扑优化设计。得出其在抽筒过程中的动应力分布和危险区域,定性地确定出介质力学参数和工作参数的影响,获得了抽筒子的最佳材料布局和优化改进结构。优化前后抽筒子结构的对比仿真结果表明,改进结构能够使得应力集中危险区域仅为最大动应力降低10.6%的强撞击位置,其余部分均可转换为安全区域且结构刚度提升49%左右。所用方法有效可靠,为解决杠杆式抽筒子的断裂问题提供理论依据和技术手段。     

Fatigue crack propagation in a helicopter component subjected to impact damage

Damage tolerant methodology is increasingly used in aeronautical components,especially due the fact that the Aviation Regulation requires such an assessment in case an accidental damage occurs.At pre-sent,there is a strong and actual interest in applying such procedures to helicopter components that are subjected to high frequency cyclic loads.In this paper,an investigation on a damaged transmission shaft for a tail rotor transmission of an actual helicopter has been carried out focusing on the fatigue crack propagation.A complete sequence of experimental tests was performed in order to create an actual ballistic damage and to subsequently check the damage tolerant behaviour.The shaft was damaged by oblique ballistic impact and was subsequently subjected to torsional fatigue loading.During the fatigue cycles several cracks propagated from the ballistic damages.Both of these steps(impact and fatigue loading)were also simulated by a complex modelling approach based on Finite Element Models and fracture mechanics theory.The comparison between the experimental and numerical results shows a good agreement but it underlines the need for a very refined modelling technique capable to replicate all the features associated with the damage in order to reliably simulate the subsequent propagation phase.     

扭杆式坦克悬挂系统的强度分析

针对目前悬挂系统设计理论的不足,运用工程力学中的卡氏第二定理和莫尔法求出负重轮行程与所受载荷之间的理论关系,并考虑了平衡肘的变截面对应力状态的影响,进而得到系统内关键点处的应力值;在理论分析的基础上,由简单到复杂,分别建立了初步模型、修正模型和最终的实体模型.应用有限元软件对悬挂系统进行三维数值模拟,计算了悬挂系统的应力场和位移场.理论分析和数值模拟的结果表明:悬挂系统力学模型较好地描述了悬挂系统的实际情况;有限元计算模型对于扭杆式悬挂系统强度计算非常有效,所得应力集中区与实际失效情况基本一致;应用本研究结果,可对悬挂系统作进一步的疲劳分析.     

涡轮盘疲劳寿命可靠性设计仿真及优化策略

涡轮盘是航空发动机主要部件之一,一旦发生破坏性故障将导致严重的后果。在充分考虑影响涡轮盘高低周复合疲劳寿命因素不确定性基础上,以MATLAB为平台,设计了涡轮盘高低周复合疲劳寿命可靠性优化设计的联合仿真平台。利用寿命函数和寿命可靠性分析极限状态函数中的共性需求,提出了在优化迭代的过程中自适应构建寿命函数Kriging模型和寿命可靠性极限状态面Kriging模型时共用训练样本点的策略。同时,提出了一种构建寿命函数Kriging模型的学习函数。使用所搭建的疲劳寿命可靠性优化设计平台,完成了某型涡轮盘盘心、榫槽以及涡轮盘系统高低周复合疲劳寿命的可靠性优化设计。结果表明,最优设计方案的局部最大应力显著降低,均值寿命大幅提高,并满足可靠性约束。     

点火载荷下翼柱型装药结构完整性数值分析

针对固体火箭发动机翼柱型装药在点火载荷下结构完整性问题,提出了一种考虑三维损伤黏弹性本构性的数值模拟方法.基于商业有限元软件的二次开发平台,编写用户子程序,展开有限元数值计算,获取翼柱型装药在固化降温、点火载荷下装药结构的应力、应变与位移场分布.结果表明,在温度载荷与点火载荷下,药柱内表面变形模式是不同的.然而,不管在...     

喷丸强化对18Cr2Ni4WA渗碳钢性能的影响

采用强力喷丸工艺对渗碳18Cr2Ni4WA钢试样进行了表面喷丸强化处理。利用Nano Test 600纳米测试仪、2903X射线应力仪和TR200表面粗糙度仪，分别测试分析了试样处理前后的显微硬度、残余应力和表面粗糙度，并在JP-52接触疲劳试验机上考察了喷丸强化处理对渗碳18Cr2Ni4WA钢接触疲劳性能的影响。试验结果表明：渗碳试样经强力喷丸后，在0～0．50mm深的表层内形成一个喷丸硬化层，显微硬度提高了约1．1GPa；最大残余压应力由-478 MPa提高到-760 MPa；表面粗糙度由1．255μm降为0．979μm。接触疲劳特征寿命以与中值寿命L50均提高了2倍多，额定寿命L10提高了1倍多。