基于权函数法的含裂纹叶片的应力强度因子研究

基于两个已知的参考应力强度因子和权函数的基本特性,分别计算了含单边裂纹、双边裂纹和中心裂纹的有限宽板的权函数。然后,将所计算的权函数分别用于确定含单边、双边及中心裂纹的旋转平板叶片的裂尖应力强度因子K。最后,在线弹性断裂力学范围内由断裂准则KKIC分别对含单边、双边和中心裂纹的平板叶片的临界转速进行了估算。研究结果表明:旋转平板叶片所含的裂纹深度越深、裂纹位置距旋转轴越近,所引起的裂尖应力强度因子就越大,所允许的临界转速就越低。     

基于Abaqus/Python的疲劳裂纹扩展分析研究

基于Abaqus的断裂力学参数计算功能,应用脚本语言Python自主开发出单一/复合载荷作用下飞机典型结构的疲劳裂纹扩展分析模块。该模块集参数化建模、有限元计算、损伤容限分析为一体,实现了单一裂纹或多裂纹的疲劳裂纹自动扩展仿真,避免了人工重复建模,能够直接获取常幅载荷或变幅载荷作用下结构的裂纹扩展路径及裂纹扩展寿命。通过与试验结果对比,验证了分析模块的可行性,为飞机结构损伤容限设计和分析提供分析支持和有力工具。     

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。     

随机疲劳载荷谱加重对单裂纹扩展寿命的影响

疲劳载荷谱加重已成为加速试验的重要研究内容;它对单裂纹扩展影响的研究很有价值。以Paris裂纹扩展模型为基础,进行理论推导。提出了单裂纹在加重谱作用下裂纹扩展寿命的估算方法,分别是基于循环次数的次估算法和基于谱块数的块估算法。利用原始载荷谱的试验结果分别计算得到加重谱下的两种估算结果,设计试验对估算结果进行验证,证明了方法的可行性。研究结果可作为加快全尺寸飞机结构疲劳试验的参考。     

铝锂合金2099-T83长桁压损应力工程方法研究

介绍了两种长桁压损应力的工程方法:切割法和板元法。采用板元法和切割法分别对国内大型民用飞机结构中使用的材料为铝锂合金2099-T83的典型长桁进行了计算。在标准试验机上,完成36件试验件的验证试验;并用数据处理验证了试验的正确性。计算结果与试验结果对比表明对于传统"Z"型长桁截面,切割法和板元法结构均小于试验结果,但相当接近,比值分别达到了94.0%和98.8%;对于新型"2"型长桁截面,两种方法均不适用,最大误差达25.8%和33.5%。因此,对于"2"型长桁试验数据进行处理及拟合,对飞机设计手册中的切割法公式进行修正,最终新公式适合不同厚度下铝锂合金2099-T83的"2"型长桁压损应力的工程估算。     

止裂孔维修对中心裂纹板疲劳寿命的影响分析

以铝合金2024-T3的中心裂纹板为研究对象,根据结构细节疲劳额定值(DFR)法计算了不同裂纹长度及不同止裂孔尺寸下结构的疲劳寿命;并通过试验得到半裂纹长度分别为10 mm、15 mm和20 mm,止裂孔半径为2.5 mm和3.5 mm下的结构试验寿命,对比结果验证了该模型及对应方法的可行性;随后对裂纹长度/板宽(2a/W)在0.2~0.6、止裂孔直径/板宽(D/W)0.03~0.20范围内的疲劳寿命进行了预估。根据分析结果得到了止裂孔效果最佳时D/W与2a/W的线性关系式,为工程维修提供技术参考。     

疲劳载荷谱加重对单裂纹扩展影响研究

疲劳载荷谱加重已成为加速试验的重要研究内容,它对单裂纹扩展影响的研究很有价值。以Paris裂纹扩展模型为基础,进行理论推导,提出了单裂纹在加重谱作用下裂纹扩展寿命的估算方法,分别是基于循环次数的次估算法和基于谱块数的块估算法;利用原始载荷谱的试验结果分别计算得到加重谱下的两种估算结果,设计试验对估算结果进行验证,证明了方法的可行性。研究结果可作为加快全尺寸飞机结构疲劳试验的参考。     

上下表面平整度对型材压损破坏载荷的影响

以应变片测量值确定"Z"型和"2"型长桁上下表面平整程度,并分析其对长桁压损破坏载荷及破坏形式的影响情况。"Z"型长桁上下表面平整度好,试件的破坏载荷最大分散性达到2.6%,而上下表面平整度差的"2"型长桁分散性达到3.5%,二者差别甚小。在破坏形式上,通过对同种类型的长桁形式进行组内对比,发现同种类型试件的破坏形式基本相同;而对于变形曲线,上下表面平整程度会起到影响作用,"Z"型长桁的所有区域(应变片区域)的变形曲线基本相当,而"2"型长桁相差较大。最后得到结论,长桁压损试验目的是在于确定长桁的压损破坏载荷,此时可以在有限范围内,无需调节上下表面的平整度,若考虑观察中间变形过程,则要对上下表面进行调平或再加工。     

喷丸强化对Al-Li-XX和2XXX铝锂合金疲劳性能的影响

为了研究喷丸强化对铝锂合金疲劳性能的影响,本文针对Al-Li-XX和2XXX两种铝锂合金开展了8组疲劳试验,对比分析了喷丸强化对不同材料、不同取向试件疲劳性能的影响,并采用DFR法进行量化表征。结果显示：Al-Li-XX合金表现出一定的各向异性,而2XXX合金则表现出较明显的各向同性;喷丸强化对两种铝锂合金L向取样的试件疲劳性能不同程度地提高,而对LT向取样试件则基本没有影响,且喷丸强化后两种材料试件的疲劳寿命分散性均不同程度地增大。本文的研究结果有望为国产大飞机结构选材、疲劳设计及工程应用提供参考。