热空气作用下FM-2D橡胶材料老化本构模型研究

目的建立热空气作用下氟醚-2D(FM-2D)橡胶材料的老化本构模型,形成老化作用下橡胶材料力学响应分析方法,为准确评估橡胶密封件使用寿命提供依据。方法探究热空气作用下FM-2D橡胶材料老化机理,基于连续介质有限变形理论框架,采用热力学耗散势函数法,引入橡胶老化过程的势能函数,据此建立考虑橡胶材料老化的超弹性本构模型,基于橡胶老化试验,完成本构模型参数标定,实现老化作用下橡胶力学响应的预测。结果建立了热空气作用下橡胶材料的老化本构模型,依据老化试验数据标定模型参数,分析了热空气作用下橡胶材料本构模型的可靠性。结论建立的热空气作用下橡胶材料的老化本构模型可准确预测橡胶随老化时间演变的力学响应,有效模拟了橡胶材料的老化过程。

基于应变监控数据的金属结构疲劳裂纹量化模型研究

实时获取金属结构的疲劳裂纹长度是开展飞机单机寿命监控和剩余寿命估算的基础。采用深度学习方法,提出了一种基于应变监控数据的金属结构疲劳裂纹长度预测模型,通过构造循环对抗网络模型、裂纹尺寸的分类模型和裂纹长度的量化模型,分别实现了含裂纹结构的应变试验数据与有限元模型数据的映射、裂纹尺寸范围的准确分类、裂纹长度的精确量化。将上述方法应用于中心带孔金属板在随机载荷谱下的疲劳裂纹监测,有效实现了疲劳裂纹长度的实时预测。与试验结果对比表明,单孔板的孔边疲劳裂纹长度预测误差小于1 mm,满足工程实际的需求。

基于粒子滤波的结构疲劳裂纹扩展动态贝叶斯推断方法

准确预测结构的疲劳裂纹扩展过程是开展飞机单机寿命监控与剩余寿命估算的基础。提出一种基于动态贝叶斯网络的结构疲劳裂纹扩展预测方法,结合疲劳裂纹扩展的先验知识与后验知识来准确地推断裂纹长度;研究粒子滤波算法中不同粒子数对动态贝叶斯网络推断精度的影响规律;通过对单孔板结构与耳片连接结构件在随机载荷谱下进行裂纹扩展研究。结果表明:动态贝叶斯网络方法可以对复杂结构的疲劳裂纹扩展进行准确预测,预测精度相对于传统方法提高50%以上。

含裂纹结构剩余强度的一种估算方法

剩余强度分析对结构断裂安全性评价十分重要。现有的剩余强度分析方法中 ,Feddersen工程分析法具有代表性 ,它对简单含裂纹结构比较有效。但这类方法一般需要预先得到弹性断裂应力的连续曲线 ,才有可能进行短裂纹阶段的弹塑性修正和长裂纹时的净截面屈服修正 ,使用不方便 ,有时甚至不适用。本文认为含裂纹结构的破坏是静力学模式破坏和断裂力学模式破坏共同作用的结果 ,从而建议一种结构剩余强度的实用估算方法。通过表观断裂韧度准则确定的弹性断裂强度和净截面全面屈服后的静力学破坏强度的结合 ,估算剩余强度许用值。该方法可以方便地估算任意时刻的剩余强度。分别进行含中心裂纹的有限宽板和含裂纹耳片结构的剩余强度试验 ,并与估算结果进行比较 ,表明本文方法预测精度良好 ,有望推广到其他结构形式。文中强调 。

高载作用下的疲劳裂纹闭合与残余应力作用

工程结构经常受到变幅载荷的作用,施加的高载对结构中的疲劳裂纹扩展有明显影响,了解高载作用机理对于随机载荷谱下的裂纹扩展预测十分重要。基于塑性诱导裂纹闭合原理,运用弹塑性有限元法模拟疲劳裂纹扩展。阐述了所采用的裂纹扩展模拟方法及确定裂纹张开和闭合应力的原理,计算获得等K基本载荷循环下的裂纹闭合特性和残余应力分布规律。重点分析在基本循环中插入单个拉伸超载、单个压缩超载和单个拉伸超载后紧跟单个压缩超载等情况下裂纹的张开、闭合应力及残余应力分布随裂纹扩展的变化规律。结果表明,超载在裂尖前方和裂纹尾迹区引起的压缩残余应力是导致裂纹闭合应力水平升高和裂纹扩展迟滞的重要原因。裂纹闭合效应在拉伸超载后瞬时减弱,但会随着裂纹扩展快速上升至超过正常水平;单纯的压缩超载对裂纹闭合的削弱可以忽略不计,但紧跟在拉伸超载之后的压缩超载将导致裂纹闭合效应减弱,削弱拉伸超载下的裂纹扩展迟滞效应。

充液箱体受弹丸撞击下动态响应的数值模拟

采用大型通用有限元软件MSC.Dytran,对充液箱体被高速弹头击穿的动态响应过程进行有限元数值模拟。分析两种箱体状态,一种是空箱,另一种是盛水箱,水占箱体容积的4/5。建立所分析问题的有限元模型,用欧拉单元模拟水和空气,用拉格朗日单元模拟子弹和箱体。考虑铝合金箱体和钢制子弹材料的弹塑性变形、应变率效应和几何非线性变形。通过求解,得到子弹击穿过程中箱体壁板的动态应力、应变的时间历程和变形。结果表明,对两种状态,壁板上弹孔附近的变形特点不同,流固耦合的作用显著提高了箱体的应力应变水平,增加了结构全面破坏的危险性。

整体加筋壁板的破损安全特性与断裂控制分析

用有限元和断裂力学方法分析大型整体机翼下壁板的破损安全特性。对一个九桁条铝合金整体加筋板,裂纹从断裂筋条下向两侧均匀扩展的开裂形式,进行了应力强度因子和剩余强度计算,并和另一个具有相同构形的铆接加筋板的结果进行对比。当裂纹长度在两倍桁条间距以内时两种加筋板的剩余强度水平相当。但是当整体壁板中的裂纹穿过外侧相邻桁条时,整体桁条的止裂能力逐渐减弱。研究对整体壁板蒙皮胶接止裂条的断裂控制措施及有限元建模分析方法,描述止裂条胶层局部脱粘的处理方法和迭代过程。止裂条材料分别选用了钛合金和单向层压复合材料。计算结果说明胶接止裂措施能显著提高整体加筋板的破损安全性能。

一种FRP累积损伤模型及其在结构疲劳寿命估算中的应用

推荐了一种应变损伤累积模型 ,能够考虑单向板面内多轴应力和平均应力的影响。只需要单向板在确定应力比下的若干典型疲劳试验结果 ,就可以预测相同材料体系多向层压结构在不同应力比的循环载荷下的疲劳寿命 ,有助于降低试验成本和工作量。研究了适用于多向层压结构剩余强度估算和疲劳寿命预测的步骤和程序。针对碳纤维 树脂基T3 0 0 QY891 1复合材料 ,试验测定了三组典型单轴循环应力 ([0 ]1 6拉 拉、[90 ]1 6拉 拉和 [0 90 ]4S剪 剪 )下的S—N曲线。以此为输入 ,预测四种多向铺层板在各种拉 -拉循环应力下的疲劳寿命 ,寿命预测结果和相应的试验结果吻合良好。采用了保持计算和试验的载荷 /强度比相对等值的方法来近似抵消层合效应对疲劳寿命的影响。强调了进一步发展能够定量估计层间应力影响与分层扩展过程的疲劳损伤模型的重要性。

有机玻璃疲劳裂纹超载迟滞效应的试验研究

进行了飞机座舱盖用 MDYB- 3定向有机玻璃超载迟滞效应的试验研究。疲劳测试和断口观察表明 ,MDYB- 3材料存在明显的超载迟滞效应 ,但是迟滞扩展的机理不同于一般金属材料。单个拉伸超载循环会引起裂纹前缘撕裂性的加速扩展 ,然后立即迟滞。结合有机玻璃的特点 ,提出了基于平均迟滞扩展速率拟合外推的一种试验方案 ,近似地得到了所测材料的超载截止比γSO。超载导致裂纹前缘严重钝化和不规则 。

残余应力场中疲劳裂纹闭合的数值分析

本章基于塑性诱导裂纹闭合原理,通过弹塑性有限元方法对残余应力场中疲劳裂纹扩展过程进行模拟,阐释残余应力场中的裂纹扩展行为。论文阐述了模拟疲劳裂纹扩展的方法、残余应力生成方法和残余应力场中裂纹张开、闭合应力的计算方法。模拟了焊接产生的拉伸控制残余应力场和冷胀孔产生的压缩控制残余应力场中的疲劳裂纹扩展,分析了残余应力对裂纹闭合效应的影响。分析结果表明,与不含残余应力场的情况相比,拉伸残余应力具有抵消裂纹闭合效应、促进裂纹扩展的作用,并得出权函数法不适用于这种条件下的疲劳裂纹扩展分析的结论;而压缩残余应力具有增强裂纹闭合效应、抑制裂纹扩展的作用。通过数值分析研究残余应力场中的疲劳裂纹闭合效应,能够考虑裂纹扩展中外载与残余应力相互作用引起的残余应力变化,有助于理解残余应力对裂纹扩展的作用机理和进行裂纹扩展预测。

计算强化孔边应力场的实用方法

根据一种组合强化模型及其弹塑性有限元计算程序，依据有关实测结构，通过等向强化和Ｚｉｅｇｌｅｒ随动强化的适当组合，满意地计算了两种铝合金板材不同胀孔量下的冷胀残余应力，获得了组合比例与胀孔量的关系。

型材筋条裂纹的应力强度因子的工程计算

计算含裂纹筋条的应力强度因子。通过一定假设及工程简化 ,考虑型材上其余部分的弯曲刚度对含裂纹板条的作用 ,形成了改进的准三维模型 ,并编制出相应的有限元分析程序。在假设基础上建立了裂尖正好位于拐点处的有限元模型。通过角材筋条的实例计算 ,获得了裂纹延伸并经过拐点的应力强度因子的连续曲线。本文所提出的方法适用于更复杂的型材筋条的分析。

疲劳裂纹塑性闭合特性的数值分析方法

塑性诱导裂纹闭合是导致裂纹闭合发生的主要机理之一.利用弹塑性有限元法模拟含中心裂纹矩形板试件的疲劳裂纹扩展,并确定疲劳裂纹张开、闭合应力水平.通过计算,考察应力比R、裂纹长度、最大应力强度因子Kmax等对疲劳裂纹张开闭合应力的影响规律.论文阐述了所采用的裂纹扩展模拟方法及确定裂纹张开和闭合应力的原理.采用了等K加载方式,即在裂纹扩展中裂尖应力强度因子的最大值Kmax保持不变(给定R比,最大应力σmax随裂纹长度变化).分析了两种Kmax水平下R比分别为0.3,0,-0.5和-1.0共8种载荷工况.结果表明,对各个载荷工况,用瞬时最大应力σmax正则化的裂纹张开、闭合应力水平σop/σmax和σcl/σmax与裂纹长度无关.等K循环加载比等幅循环加载更有利于分析影响裂纹闭合水平的因素和闭合效应对疲劳裂纹扩展的影响规律,为建立基于裂纹闭合效应的疲劳裂纹扩展规律模型提供了一种新的思路.

运输类飞机防止广布疲劳损伤的适航要求

近年来,运输类飞机适航条例围绕飞机的持续适航和使用要求发生了了许多重要改变,给我国发展中的大型客机的通航审定带来新的课题。为此,本文首先介绍了适航条例关于运输类飞机金属结构广布疲劳损伤(WFD)要求的演变背景;然后,根据适航条例的最新修正案和咨询通报最新要求,阐述了新设计飞机的WFD评定、使用限制、检查门槛值和维修措施的制定步骤,并且提出了对WFD的概念及WFD评定与疲劳/损伤容限评定的关系的理解和思考,建议国内加强WFD评定的学术和工程发展研究,为大型客机设计和适航符合性验证提供依据。

疲劳裂纹闭合的数值模拟方法

用弹塑性有限元法模拟含中心裂纹试件在等幅循环拉伸应力作用下的疲劳裂纹扩展过程,对塑性变形导致的裂纹闭合效应进行了分析。试件材料为2024-T351铝合金板,平面应力状态,线性随动强化假设。分析中考虑裂纹面的弹塑性接触和几何非线性变形,通过逐步释放裂尖节点来模拟裂纹扩展。考察了裂尖局部网格单元尺度、裂纹长度和平均应力对裂纹张开/闭合应力水平的影响。裂纹闭合效应会随疲劳裂纹长度增加而逐渐增强,呈先爬升再缓慢下降的趋势,应力比的增大会导致裂纹张开/闭合应力水平提高。此外,网格细度也对张开/闭合应力的大小有一定影响。

一种改进的Walker裂纹扩展方程

线弹性断裂力学应用于疲劳裂纹扩展分析中,裂纹扩展速率一般可分成3个阶段,其中稳定扩展的第2阶段可以用Paris规律描述。目前提出的许多反映应力比影响的裂纹扩展方程基本上可以归结为Paris规律的形式,也就是把Paris公式参数C视为应力比R的函数,很少考虑参数n随应力比变化的情况。文中提出了一种改进的Walker裂纹扩展方程及其分析方法,建立了C、n和应力比R之间的关系,很好地描述了一种有机玻璃板材和一种低碳钢板材的疲劳裂纹扩展规律。

压缩载荷对冷胀孔残余应力的影响

用考虑组合强化、增量理论的有限元法计算了２１２４－Ｔ８５１ 板件开缝衬套冷胀孔的残余应力场及其在压缩载荷作用下的变化情况。结果表明冷胀之后的压载循环将引起冷胀残余应力的衰减。一个足够大的压缩载荷能够使冷胀工艺给疲劳寿命带来的增益完全丧失。文中说明压缩载荷对冷胀的作用可以和超载后半周压载对裂纹的作用相比拟，建议在确定合理胀孔量时应当把它对所承受的载荷谱中压缩载荷的敏感性考虑在内，应当加强有关的疲劳对比试验研究及残余应力场测量研究。

组合强化模型及其在弹塑性有限元分析中的应用

提出了一种组合形式的强化模型，编制了用于平面问题的弹塑性有限元法的等参元分析程序．实例计算表明，本文所提出的组合强化模型是合理和有效的，使用很方便。文中还推荐了一种关于迭代过程中的卸载问题的处理方法，它能有效地提高迭代收敛性，从而对于一般的等向强化有限程序设计也有一定的参考价值．

大型重载飞艇梁索结构设计与应用研究现状

大型重载飞艇在运输、救援、军事等领域具有大型运输类飞机所不具备的性能优势和用途。本文归纳总结国内外有关大型重载飞艇硬式结构的设计和研究现状,从梁索结构特点、结构形式和选材、结构设计和分析方法、结构模型设计分析以及模型试验等方面进行分类综述,并对我国开展大型重载飞艇硬式结构预先研究和型号开发提出具体实施建议。

复合材料层合板低速冲击后剩余压缩强度研究

应用有限元显式算法计算层合板冲击后压缩强度(CAI值)。建立实体单元与cohesive界面单元相结合的层合板有限元分析模型。首先进行层合板受离面低速冲击中损伤过程的数值模拟,再以该步分析结果(损伤状态)作为初始损伤,进行面内压缩下层合板破坏过程数值模拟。从而实现了层合板从冲击损伤到冲击后压缩破坏的全过程分析。模型应用面内和层间损伤逐渐累积的算法。通过不同加载速率下的分析,考察了显式算法在准静态CAI计算中的可用性。冲击损伤特征、冲击后压缩破坏特征及CAI的计算值与试验结果有良好的一致性,表明文中所采用的模型、算法与损伤处理方法是合理的。