多处损伤LY12CZ铝合金加筋板的疲劳裂纹扩展研究

进行了多处损伤LY12CZ铝合金加筋板的疲劳裂纹扩展的分析与试验研究。给出了典型的随机载荷谱下铝合金加筋板多裂纹扩展的预计方法。用组合法和类比法计算多处损伤LY12CZ铝合金加筋板的应力强度因子。考虑每个载荷循环裂纹之间的相互作用影响,以Walker裂纹扩展公式和Willenborg-Chang裂纹扩展公式为基础,用循环续循环进行裂纹累积,用虚拟施加剩余强度载荷和裂尖韧带塑性区连通判据确定临界裂纹尺寸。进行了恒幅谱载荷及程序块谱载荷下加筋板多裂纹的扩展试验研究。对比了铝合金多裂纹扩展的分析预计结果和试验结果,对比结果表明,预测的寿命与试验结果吻合较好。     

多处损伤含孔结构随机裂纹扩展寿命预测

首先基于LY12CZ铝合金平板的中心裂纹扩展速率试验,考虑裂纹扩展速率的随机性,采用三参数对数正态分布表征Paris公式参数的分布特性,建立了LY12CZ随机裂纹扩展分析方法。利用Monte-Carlo法模拟裂纹扩展的随机性,进一步建立了多处损伤(multiple site damage, MSD)含孔结构随机裂纹扩展寿命预测模型,并将模型程序化。通过算例验证分析,该模型能够较准确预测多处损伤含孔结构裂纹扩展寿命,得到结构的失效概率,为含孔结构的MSD评估提供有效的工程分析方法。     

LY12CZ铝合金微动疲劳特性研究

选用LY12CZ铝合金材料作为研究对象,以试验为基础,研究了LY12CZ铝合金的微动疲劳特性。结果表明:在运行工况微动图中,接触压力是影响接触区面积分布的最主要因素。在材料响应微动图中,微动区域的破坏形式完全依赖于循环次数。LY12CZ铝合金的微动磨损机理包括表面划伤和粘着、磨屑的形成、氧化物形成三个阶段,而微动疲劳损伤包括划痕的产生、微裂纹的形成、氧化颗粒的出现、裂纹从蚀坑底部产生四个过程。     

用正电子湮没技术研究Ⅰ型裂纹尖端附近的损伤区

用正电子湮没技术研究LY12CZ铝合金材料裂纹尖端附近的损伤区,采用正电子湮没寿命谱的两态捕获模型,将正电子在缺陷中湮没的平均寿命τ作为损伤变量的参量,得到裂纹尖端附近区域损伤值D的分布,并发现从裂尖到离裂尖大约1／2板厚处范围内具有三维效应。     

激光作用下疲劳裂纹扩展的损伤力学分析

采用激光辐照作用下的LY12CZ铝合金CCT试样,尝试宏、微观相结合的方法,将位错胞平均尺寸λ作为损伤变量的参量,研究门槛值近区疲劳裂纹的扩展。实验结果表明：从损伤理论得到的寿命估算值较用Paris公式估算的寿命值更接近实验。     

腐蚀疲劳裂纹扩展的马尔可夫链模型及实验验证

在腐蚀环境下对LY12CZ铝合金试验件进行疲劳裂纹扩展实验,通过高倍显微镜观测并记录裂纹长度及相应的循环数。基于腐蚀条件下疲劳裂纹扩展数据的分散性及统计特性,提出用马尔可夫链模型模拟腐蚀疲劳裂纹的扩展,建立腐蚀疲劳裂纹扩展规律的概率模型,得到给定疲劳寿命时的裂纹超出数概率分布和给定裂纹长度时的疲劳寿命累积概率分布。将模拟结果与实验结果进行比较表明:马尔可夫链模型能够相当好地描述腐蚀疲劳裂纹扩展规律,为飞机结构的寿命预测提供参考。     

国产铝合金(LY12CZ)型材压损强度实验研究

铝合金型材的压损强度测量对于宇航结构设计是十分重要的.为此我们先后对七种型号的LY12CZ(中国材料标准)铝合金型材,按三种不同的有效长细比做了四十八根试件,进行了在轴压作用下的压损强度实验.最后提出了计算国产铝合金(LY12CZ)型材压损强度的三个半经验公式,其误差在±10%以内,可供工程设计之用.     

基于人工神经网络的多处损伤加筋板剩余强度预测

用BP神经网络算法对多处损伤加筋板的剩余强度数据进行训练学习,将预测值和3种经典分析方法的计算值与实验值进行对比,结果表明,ANN法预测值与实验值吻合得最好,LMC修正法和WSU3修正法次之,Swift塑性区连通法最差。最后用所建立的BP网络对不同主裂纹半长和韧带长度的剩余强度进行了预测,结果发现,在其他参数不变的情况下,不管是双筋条还是三筋条加筋板,剩余强度总是随主裂纹半长的增加而成线性降低,随韧带长度的增加而成线性增加,但双筋条加筋板比三筋条加筋板对主裂纹半长和韧带长度的变化更加敏感。     

复合材料修复含中心裂纹铝合金薄板和厚板破坏模式研究

采用T300碳纤维增强环氧树脂复合材料补片单面修复含中心裂纹铝合金(LY12CZ)板,板厚为1.76mm和5.20mm.测试了修复试件准静态拉伸和疲劳性能,分析了修复试件的准静态和疲劳破坏模式,考察了裂纹长度对修复效果的影响.结果表明:厚度为1.76mm修复试件的拉伸破坏是由补片与铝合金板之间的胶黏剂层脱粘控制,而厚度为5.20mm修复试件是由铝合金板中的裂纹扩展控制.对于厚度为1.76mm修复试件,其准静态拉伸性能随裂纹长度增大而降低,而疲劳性能随裂纹长度增大而提高.然而,厚度为5.20mm修复试件的准静态拉伸和疲劳性能均随裂纹长度增大而降低.     

含腐蚀损伤加筋板结构极限强度评估方法

选取单筋双跨加筋板模型,基于非线性有限元方法计算了在单轴压缩载荷作用下,模型范围、点蚀坑形状、腐蚀位置、带板柔度、加筋柔度、腐蚀体积、加强筋个数等因素对含腐蚀损伤加筋板极限强度的影响.研究结果表明:腐蚀体积是影响加筋板极限强度的关键因素,且极限强度的折减值与腐蚀体积比接近二次曲线的关系.根据数值计算结果利用多元函数拟合功能得到了含腐蚀损伤加筋板结构极限强度评估公式,可对含腐蚀损伤加筋板的极限强度进行合理评估.     

一种改进的多处损伤平板的剩余强度模型

进行了多处损伤平板的剩余强度试验研究,得到不同裂纹几何平板的剩余强度.试验结果表明主裂纹长度增加使平板的剩余强度减小;对相同的主裂纹长度,韧带减小,试验件剩余强度也减小.以试验数据为基础,提出了一种修正的塑性区连通准则.用塑性区连通准则和修正的塑性区连通准则分别计算了多处损伤平板的剩余强度,结果表明对不同的主裂纹长度和不同的韧带长度,塑性区连通准则预测的平均误差为16.07%,而修正的swift塑性区连通准则的平均误差为9.24%,大大提高了预测结果的精度.     

基于裂纹尖端张开角准则的多裂纹薄壁结构剩余强度分析

评估由中央裂纹（M(T)）试样获得的裂纹尖端张开角(CTOA)预测多裂纹薄壁结构剩余强度的有效性.利用ABAQUS软件建立含有M(T)试样的二维有限元模型,采用裂纹尖端张开角断裂准则和平面应力模型模拟其裂纹扩展过程.对具有不同初始裂纹长度的M(T)试样,该方法预测的剩余强度和载荷-裂纹扩展增量曲线与试验结果接近,误差小于6%;但对于含有多条裂纹试样的剩余强度预测值偏大,相对误差在20%左右.通过增加对裂纹尖端周围单元约束的改进,采用平面应变核模型可以有效提高剩余强度预测精度;对具有不同多裂纹构型的薄壁结构进行分析,采用恒定裂纹尖端张开角和平面应变核的方法均可以得到与试验相近的结果,剩余强度预测误差基本都在10%以内.

     

钢桥面顶板焊缝处共线双裂纹耦合扩展特性分析

为了研究钢桥面顶板与U肋焊缝处多疲劳裂纹间的耦合扩展效应,结合线弹性断裂力学理论与ABAQUS-FRANC3D交互技术,建立了钢桥面顶板-U肋焊缝处共线双疲劳裂纹的数值分析模型,对比分析了单裂纹和共线双裂纹的裂尖应力强度因子,揭示了裂纹间距、干扰裂纹尺寸对基础裂纹扩展特性的影响规律,并通过足尺节段试验对理论模拟进行了验证. 分析结果表明：共线裂纹相较于单裂纹的应力强化效应不可忽略,而相同尺寸双裂纹代表了多裂纹扩展的最不利情况,且当共线长裂纹的间距与裂纹长度比值s/c小于0.5时,裂纹交互影响因子及其扩展速率受耦合效应影响显著.     

疲劳拉伸载荷作用下的表面裂纹扩展分析

贮箱在长时间工作状态下会衍生出很多疲劳裂纹,这些裂纹的存在不仅影响容器的结构强度与使用寿命,还威胁到工作人员的人身安全,因此开展贮箱材料疲劳裂纹的动态扩展以及寿命机理的分析研究。本文通过Franc3D裂纹分析软件,预制不同长深比的半椭圆裂纹试样,研究裂纹动态应力强度因子在疲劳拉伸载荷作用下的变化规律,同时开展裂纹扩展路径、速率和寿命的探究。结果表明,不同长深比的半椭圆裂纹在扩展过程中尖端动态应力强度因子分布规律基本一致,且近表面处强度因子数值大小最高,仿真结果的裂纹形貌仍为半椭圆形;裂纹刚开始扩展时扩展速率近乎相等,随着载荷循环次数的增加,扩展距离呈指数型增长,近表面处的扩展速率最高,长深比c/a小于等于1的裂纹在近表面的扩展速率基本相同。     

受弯三维表面疲劳裂纹的弹塑性贯穿举动

采用作者等先前提的Ｊ－积分的半经验公式进行理论计算和预测。探讨了高温环境中受弯曲载荷作用下构上的三维半椭圆表面疲劳裂纹的贯穿举动，分析了表面裂纹与背面裂纹的合体规律，并进行了实验验证。     

16MnR钢应变疲劳裂纹扩展速率的实验研究

通过16MnR裂纹试样在载荷控制和位移控制下的应变疲劳给出了16MnR应变疲劳扩展速率;比较载荷控制与位移控制下裂纹疲劳扩展速率发现,两种方式的应变疲劳所获得的应变疲劳扩展速率差异明显;实验证明裂纹试样的应变疲劳扩展速率与疲劳过程中塑性变形功的大小密切相关。     

重载列车E级钢钩舌疲劳裂纹扩展条件及寿命预测

对重载列车E级钢钩舌进行了应力分析,导出了钩腕面裂纹的应力强度因子表达式.采用我国20 000 t列车车钩载荷谱,对钩腕面疲劳裂纹扩展的条件及扩展寿命进行了预测,并确定钩腕面裂纹的临界断裂尺寸,计算所得钩舌寿命与列车实际运行年限相一致.     

基于断裂力学的锚拉板疲劳寿命评估

为研究斜拉桥锚拉板结构的疲劳性能,以一座叠合梁斜拉桥为例,采用最新钢桥规范的疲劳荷载模型加载并按雨流法处理计算了疲劳荷载谱,结合空间实体有限元模型,识别了锚拉板的典型构造细节并获得疲劳应力谱;在典型构造细节处引入初始表面裂纹,计算了裂纹尖端的应力强度因子,回归分析得到应力强度因子与裂纹尺寸的关系式,代入Paris公式积分得到了各典型构造细节的疲劳寿命,从而建立了基于断裂力学的锚拉板疲劳寿命分析方法.研究结果表明:基于断裂力学方法得到的锚拉板疲劳寿命超过了100年,满足设计及使用要求;裂纹初期扩展很慢,当尺寸达到10mm时,已消耗了60%~80%的疲劳寿命,应及时加以补强.