准静态拉伸下固体推进剂三维结构变形损伤失效机理研究

为揭示固体推进剂在准静态拉伸下变形损伤过程,依靠微型材料试验机在上海同步辐射光源BL13W1线站搭建了原位显微CT测试系统,对HTPB推进剂试样在准静态拉伸下变形损伤过程进行了三维原位实时表征,像素尺寸3.74μm。基于上述试验结果,分析了目标微细观结构演化过程及孔隙率与材料宏观损伤之间的关系。结果表明,固体推进剂内部微裂纹的出现早于应力-应变曲线达到拉伸极限强度点。利用图像分割技术精确提取了AP颗粒、Al粉颗粒、微裂纹与HTPB基体相,并对AP颗粒与Al粉颗粒的三维拓扑结构进行了定量描述。微裂纹的成核集中在较大且形貌不规则的AP颗粒与HTPB基体界面。最后,观察到裂纹在固体推进剂内部的水平传播和竖直合并两种传播模式,并以水平传播为主导。

刀具及刀具涂层损伤失效研究综述

准确评估刀具和刀具涂层的损伤失效情况对于刀具的服役性能评价与寿命预测至关重要。综述了刀具、刀具涂层损伤失效的理论和实验研究现状:对刀具损伤失效的理论研究主要集中于磨损模型的建立,包括粘结磨损模型、扩散磨损模型、磨粒磨损模型等。对刀具损伤失效的实验研究主要集中于观察不同切削参数的切削实验中刀具的磨损情况及其对已加工工件表面粗糙度的影响情况;对涂层损伤失效的理论研究主要是结合弹性力学与断裂力学理论建立涂层损伤失效的临界应力(应变)模型,对刀具涂层损伤失效的实验研究大多是采用无涂层刀具与涂层刀具的对比切削实验,通过观察刀具表面形貌随切削时间或切削距离的增加而改变的情况,分析刀具涂层剥落位置和面积大小,以及涂层剥落情况与刀具使用寿命间的关系。此外,分析了刀具涂层可能的损伤失效机理,指出了刀具涂层领域尚待深入研究的问题。

某型滑油泵用密封皮碗损伤失效问题

针对某型滑油泵运行过程中出现的密封皮碗损伤失效问题,本文分析了成型磨具尺寸、密封皮碗安装孔尺寸、皮碗加工缺陷、骨架结构尺寸、橡胶材料硬度等对皮碗安装特性的影响,得出安装过盈量和橡胶硫化均匀度影响密封皮碗与安装孔可靠固定,可以实现密封皮碗长时间可靠工作的结论。通过该问题的研究,对密封皮碗的安装过盈量和骨架结构尺寸提出了优化措施,得到了满足大批量生产密封皮碗的设计。

热-力-氧环境下C/SiC材料损伤失效行为研究

C/SiC复合材料广泛应用于航空航天领域,在热-力-氧耦合环境下不可避免会面临损伤失效问题。本研究结合独创的高温力学加载装置、三维X射线显微成像技术和SEM表征,详细探究了C/SiC复合材料的内部微结构演化特征和断口形貌,分析了微孔洞/裂纹的分布与演变,揭示了C/SiC复合材料在1650℃有氧环境下的力学性能和损伤失效机制。研究结果表明,在热-力-氧环境的共同作用下,纤维迅速发生氧化反应,导致孔隙率快速增加;微裂纹在纤维与基体界面迅速诱发并扩展,从而引发纤维束的断裂、拔出,以及裂纹偏转等相互交织的损伤断裂机制。

纯弯曲梁的应力损伤失效分析和预测

本文提出了梁的弯曲应力损伤失效分析方法，推导了梁弯曲应力损伤基本方程，与Ｋａｃｈａｎｏｖ的材料受载横截面减少定义拉伸损伤变量类似，以梁的弯曲惯性矩减少定义弯曲损伤变量。并且弯曲损伤模型的材料常数可由Ｋａｃｈａｎｏｖ拉伸损伤模型的材料常数确定。并且对应力损伤材料提出了便于工程应用的失效预测方程。

复合材料层板损伤失效分析

基于连续损伤理论,利用多标量损伤模型,考虑单层板失效前由微裂纹损伤所造成的刚度下降,将Hoffman准则作为复合材料单层板在复杂应力状态下的极限损伤条件,应用该准则对含圆孔复合材料层合板在单向拉伸载荷下的损伤破坏过程进行了数值分析,并与常规(无损伤)失效准则的结果进行了比较.计算表明:损伤引起单层刚度下降,使应力重新分布,加速应力向未损伤层和周围单元转移,从而使应力集中得到缓解,层板的单层破坏载荷明显提高,从而提高层板的极限载荷,提高程度受铺层方式的影响.可见,由损伤引起的刚度下降应在层板失效分析中加以考虑.

微裂纹缺陷对CVD金刚石涂层微刀具损伤失效的影响研究

目的研究微裂纹缺陷在CVD金刚石涂层中的扩展规律,揭示CVD金刚石涂层微刀具的涂层脱落机理。方法基于ABAQUS开展预置涂层内部竖直微裂纹和涂层基底界面水平微裂纹的CVD金刚石涂层单向拉伸有限元仿真,分析单裂纹和多裂纹扩展过程中裂纹尖端的应力分布和应力强度因子变化规律。开展CVD金刚石涂层刀具微铣削Ti6Al4V实验,分析刀具的磨损形态和刀尖的断面形貌,验证仿真结果。结果涂层内部竖直微裂纹扩展到涂层基底界面时,裂纹尖端的应力强度因子小于硬质合金的断裂韧性537.6 MPa·mm1/2,大于金刚石的断裂韧性289.7 MPa·mm1/2,裂纹在界面发生偏转。涂层和基底界面间的水平微裂纹在扩展过程中裂纹尖端的应力强度因子小于金刚石和硬质合金的断裂韧性,裂纹沿着界面逐步扩展。CVD金刚石涂层刀具微铣削Ti6Al4V后表现出涂层脱落、刀尖破损和崩刃的损伤特征,其断面表现出穿晶断裂、沿晶断裂和微裂纹的形貌特征。结论涂层脱落损伤主要源于涂层内部竖直裂纹扩展诱导的涂层断裂和界面裂纹扩展引起的粘接层脱落。涂层内部竖直裂纹的竞争作用会抑制涂层断裂,粘接层水平裂纹间的耦合作用会加速涂层脱粘。

考虑微观界面的2D编织SiC/SiC复合材料宏-细-微多尺度渐进损伤失效分析

该文将微观界面组分纳入宏-细-微三个尺度的多尺度渐进损伤失效分析中。对细、微观单胞模型施加周期性边界条件获取放大因子并采用k-means聚类方法进行缩聚;通过缩聚的放大因子求解宏观模型对应的细、微观组分应力并进行损伤失效判定;计算宏观模型退化后的弹性参数用于后续计算;针对2D编织SiC/SiC复合材料开展了渐近损伤失效分析,并通过不同聚类数目下的计算结果对比证明了所采用聚类数目的正确性。研究结果表明:仿真所得材料强度极限与试验结果一致性较好;微观界面在多尺度分析中不可忽略,不考虑微观界面会导致材料性能大幅强化;采用该文方法可以近似表征2D编织SiC/SiC复合材料界面脱粘和纤维成簇拔出的失效行为。

WEIBULL分布步进应力加速寿命试验损伤失效率模型参数的近似极大似然估计和逆矩估计(英文)

Bhattacharyya和Soejoeti(1980)对步进应力加速寿命试验提出损伤失效率模型(TFR模型).本文针对TFR模型,对两参数Weibull分布,在步进应力加速试验下给出了参数的近似极大似然估计和逆矩估计,并通过Montr-Carlo模拟考察了估计的精度,比较了各估计的优劣.

纯弯曲梁的应变损伤失效分析和预测

提出了纯弯曲梁的应变损伤失效分析方法 ,与Kachanov的材料受载横截面减少定义拉伸损伤变量类似 ,以梁的弯曲惯性矩减少定义弯曲损伤变量。推导了梁的弯曲应变损伤基本方程 ,其中的材料常数可由Kachanov拉伸损伤模型的材料常数确定。

有拧紧力矩层合板接头静载损伤失效分析

结合三维有限元分析技术,建立了有拧紧力矩工况下层合板接头静载损伤失效分析方法,模拟了不同尺寸类型层合板接头静载作用过程中损伤状况及内部各铺层损伤起始、发展与结构最终破坏整个累积过程,同时获得其最终破坏强度及破坏模式,并对损伤机理形式及其相互关联作用进行了分析探讨.损伤计算结果与试验试样X光进行了对比分析,结果表明,预测结果与试验结果吻合较好.

两参数指数分布产品全样本场合下步进应力加速寿命试验损伤失效率模型下的统计分析

本文给出了两参数指数分布产品全样本场合下步进应力加速寿命试验损伤失效率模型下参数的极大似然估计和拟矩估计,并通过Monte-Carlo模拟说明本文方法的可行性。

硼化钛基陶瓷/钛合金梯度纳米结构复合材料组织演化、损伤失效与抗弹性能研究

基于陶瓷/钛合金之间的熔化连接和原子互扩散,采用离心反应熔铸工艺成功制备出具有连续梯度特征的TiB_2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金层状复合材料。该复合材料分为陶瓷基体、中间过渡区及金属基底三层结构,且陶瓷/钛合金层间原位形成以陶瓷相(TiB_2,TiC_(1-x))、Ti基合金相的尺寸和体积分数为特征的梯度纳米结构(微米?微纳米?纳米)复合界面。测试表明该复合材料层间剪切强度、弯曲强度、断裂韧性分别达到335MPa±35MPa、862MPa±45MPa和45MPa×m^(1/2)±15MPa×m^(1/2)。陶瓷/钛合金层间剪切断裂诱发TiB_2、TiB棒晶的自增韧机制及有限的Ti基合金延性相增韧机制,使层间剪切测试与三点弯曲测试得出的载荷/位移曲线均呈现出近乎线性上升趋势。对TiB_2基陶瓷、陶瓷/钛合金层状复合材料进行14.5军用制式穿甲弹DOP靶试,得出两种材料的平均防护系数分别为3.05和7.30。陶瓷/钛合金层间原位生成的梯度纳米结构复合界面不仅改善了陶瓷/钛合金之间声阻抗匹配,而且也使陶瓷/钛合金层间保持高的结合强度。陶瓷/钛合金层状复合材料遭受弹体冲击时,将诱发界面载荷传递与剪切耦合的双重效应,最终在表观上使陶瓷/钛合金层状复合材料的防弹性能得以显著提升。

单参数指数分布产品截尾样本场合简单步进应力加速寿命试验损伤失效率模型下的统计分析

本文给出单参数指数分布产品截尾样本场合简单步进应力加速寿命试验损伤失效率模型下参数的极大似然估计和拟矩估计。

自润滑关节轴承寿命试验及损伤失效机理研究现状

自润滑关节轴承具有结构简单紧凑、免维护、无需添加润滑剂等诸多优点,现已成为航空航天装备和工业设备中广泛应用的一种重要基础运动部件。目前,包括美、法、德、英等在内的多个航空航天工业发达国家很早就对自润滑关节轴承进行了全面的研究工作,并形成了完整的关节轴承标准体系。而国内对自润滑关节轴承的研究起步晚,自润滑关节轴承在高精尖工业领域中的应用研究技术趋近于空白,尤其是在关节轴承的服役寿命预测和失效机理探究等基础性研究上十分薄弱。近年来,随着高精尖领域对自润滑关节轴承服役性能及寿命的要求不断提高,自润滑关节轴承寿命演变规律及其损伤失效机理的研究受到高度重视。研究人员发现自润滑衬垫/涂层的磨损失效是引起自润滑关节轴承失效的最主要原因,在服役过程中经常面临着重载、高频、高低温循环、强氧化、强辐射等异常恶劣的工况,其损伤失效机理是否发生了改变以及如何改进轴承寿命预测模型以提高寿命预测的精度成了当今的研究热点。目前,相关研究人员分别以摆动频率和载荷为加速应力设计了加速寿命试验,提升了自润滑关节轴承寿命试验效率,并且以Weibull分布中的参数变化作为判定关节轴承失效机理变化的依据,极大地加强了关节轴承寿命预测模型的准确性。同时,国内外学者针对衬垫型和部分涂层型自润滑关节轴承的失效机理展开了研究,揭示了衬垫型自润滑关节轴承摩擦副表面在不同工况下的成膜机理和磨损失效机理,并且发现利用超声波、化学溶液等表面改性方法能够在一定程度上改进衬垫的摩擦学性能,提高其服役寿命。本文首先总结了自润滑关节轴承寿命试验的研究现状,主要对关节轴承寿命试验的设备、标准和方法展开论述。然后,重点分析了自润滑关节轴承损伤失效机理,其中对自润滑关节轴承的失效形式及失效判定准则进行了简要介绍,着重分析比较了自润滑材料性能、摩擦表面加工质量、服役工况等影响自润滑关节轴承损伤失效的主要因素。最后,对自润滑关节轴承寿命试验及失效机理的重点研究方向进行了展望。

产品寿命试验的损伤失效率数学模型

文章从产品寿命是衡量质量的重要指标入手，通过三种方法来阐述产品寿命试验的损伤失效率的数学模型．在分析过程中，将产品寿命假定为服从几何分布，借助相应的概率论与数理统计知识，将在步加试验中，对服从几何分布的产品寿命的损伤失效率数学模型中的相关参数做出极大似然估计，最后通过一个简单的例题加以印证．

损伤失效率下Lomax分布在步进试验下的统计分析

为了能够在尽量短的时间内得到产品的品质信息,而且要保证这些信息是可靠的,采用加速寿命试验是一种合适的试验方法,通过研究在损伤失效率(TFR)模型下,Lomax分布在简单步进应力加速寿命试验下的极大似然估计以及基于渐进正态性的近似区间估计。通过Monte-Carlo模拟一批数据,经过计算得到参数的点估计和近似区间估计都在真值附近,而且使用步进应力加速寿命试验缩短了试验时间,达到了预期的目标。

TC4钛合金空心结构风扇叶片的鸟撞动力学响应及损伤失效

航空发动机是鸟撞事件中的高概率、高危部件,对风扇叶片相关抗鸟撞问题的研究具有重要意义。采用三维数字图像相关(3D-DIC)法开展了TC4钛合金空心结构风扇叶片在不同高度下的静置鸟撞试验。此外,基于Johnson-Cook动态本构模型与损伤失效理论建立了相关计算模型,较好地描述并验证了航空发动机风扇叶片在鸟撞过程中的动态变形响应过程与失效情况。结果表明:鸟撞速度的变化主要影响叶片变形的量级,而不会引起叶片特征模态的改变;在鸟撞过程中,叶根是应力/应变局域化显著区域,更容易发生损伤失效;随着鸟撞位置的提高,空心结构风扇叶片在叶根处失效断裂对应的临界鸟撞速度逐渐提高,整体结构抗鸟撞性能越好。试验结果及相应的数值模拟为TC4钛合金空心结构风扇叶片的抗鸟撞设计提供了一定的参考。

金属材料损伤失效及防护的研究

随着科学技术的发展,金属材料已经成为了现代社会中必不可少的重要材料,为了降低金属材料在使用过程中的损伤,同时延长金属材料的使用寿命,需要对金属材料失效的原因进行分析,金属材料损伤失效还是要对金属电阻率进行计算和分析,然后对电阻法在金属材料蠕变损伤检测中的具体应用进行了深入探究。