结构细节疲劳额定值DFR及其试验方法的研究

该文介绍了使用细节疲劳额定值（DFR）对结构进行疲劳分析和对疲劳品质进行评估的基本原理,讨论了细节疲劳额定值与标准S-N曲线的关系。通过试验探索,给出了有关细节疲劳额定值试验方法的一些实用建议,并推导了疲劳损伤的折算公式,通过铝合金螺接试件试验验证了所提出的试验方法和疲劳损伤的折算公式。

结构细节疲劳额定值与结构细节数之间的关系研究

针对多细节结构,介绍两种考虑结构细节数影响的概率分析模型,设计包含不同细节个数的四种试验件,并完成疲劳试验。通过试验结果(试验寿命和DFR(detail fatigue rating)值)与两种分析模型计算结果的比较,证明该分析方法是满足工程要求的。

多轴载荷下结构细节疲劳强度额定值确定方法

目的提出一种在多轴载荷下确定结构细节疲劳强度额定值的方法。方法基于单轴双点法细节疲劳强度额定值(DFR)确定方法,在多轴载荷下,首先利用高周多轴疲劳损伤模型求出其等效应力幅(等效拉伸应力幅或等效剪应力幅),结合Goodman方程,把等效应力幅转换为应力比R=0.06时的最大正应力,最终确定多轴条件下的细节疲劳强度额定值。通过7075-T651铝合金薄壁管进行单轴疲劳试验,确定单轴细节疲劳强度额定值,并进行多轴疲劳试验,包括比例加载和非比例加载。结果采用该方法预测多轴载荷下的DFR值,对比单轴试验的DFR值,相对误差的绝对值在10%左右。结论该方法确定多轴条件下的结构细节疲劳强度额定值具有较好的效果。

疲劳破坏概率分析中的细节疲劳额定值研究

本文对小裂纹阶段疲劳寿命与裂纹长度之间的关联进行了探讨，给出了结构细节疲劳额定值（ＤＦＲ）与疲劳裂纹长度之间关系的数学模型，并通过试验进行了分析和验证，提供了基于概率疲劳的较小裂纹的疲劳破坏概率的分析方法。

机身蒙皮划窝对结构细节疲劳额定值的影响

飞机机身蒙皮疲劳破坏是需要重点关注的问题,为评测连接方式(沉头与平头)对其疲劳性能的影响,选取典型双剪搭接结构进行试验研究。通过试验测定结构疲劳寿命,计算得到结构细节疲劳额定值(DFR)。可以得知,沉头结构DFR值降低了约22%。利用理论方法计算结构DFR值,对比试验数据,两种方法平均误差为2.10%,验证理论方法的可靠性,为机身蒙皮结构疲劳性能的研究提供参考。计算不同蒙皮厚度下结构DFR值,得知平头结构随蒙皮厚度增加DFR值逐渐下降;对于沉头结构,蒙皮厚度太大或太小均会降低结构DFR值,选择1.5 mm、1.8 mm厚度蒙皮较合适。

改进的军机细节疲劳额定值方法研究

基于军机细节疲劳额定值(DFR)方法的基本定义,本文对大量研制性试验结果进行数据分析,并对影响结构细节疲劳寿命的主要因素展开研究,在民机DFR方法中的细节修正系数的基础上,按制造工艺类、材料类、结构细节特征类重新定义了8个细节修正系数,并提出了改进的军机DFR方法。通过试验数据的对比分析获得细节修正系数,并以少量分散性较小的试验数据为基础对多种材料及细节类型的DFR_(base)值进行修正和仿真。通过开发简易快捷的小工具,实现结构快速的耐久性分析,并给出结构细节的疲劳裕度和可靠性寿命。该方法可以极大地提高结构细节优化、超差处理和机群使用状态变化后的寿命评估效率。

两种新型铝锂合金铆接结构细节疲劳额定强度研究

针对飞机蒙皮铆接搭接结构,通过疲劳试验研究得到了两种新型铝锂合金Al-Li-S-4和2198-T8试件的细节疲劳额定值(DFR),同时借助扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生和扩展行为。研究结果表明:Al-Li-S-4铆接结构的DFR值为102.24 MPa,2198-T8的DFR值为83.09 MPa,前者的铆接疲劳性能优于后者;两者疲劳断口有较大差异,前者断口比较平坦而后者相对粗糙,前者疲劳条纹更加细密,疲劳条带间距更小。

制造工艺对飞机铝锂合金结构细节疲劳性能影响研究

研究制造工艺(铣圆转速、孔边倒角、干涉量等)对飞机铝锂合金结构细节疲劳性能DFR的影响。结果表明:在一定铣圆转速范围内,存在最优铣圆转速;孔边倒角可以有效减轻应力集中现象,提高疲劳性能;干涉配合铆接在孔壁引入残余压应力,对孔连接具有一定强化作用,通过增加干涉量可使连接达到与整体材料相当的疲劳寿命,不再是铆接件中最薄弱“环节”。

DFR法结构细节疲劳强度分析

论述了细节疲劳强度额定值(DFR)的意义及各个DFR值之间的关系。通过对铝合金7050-T7451试件在3种不同加工状态下的DFR试验研究,试验结果分析表明,单纯地改善孔的表面粗糙度对其疲劳强度没有明显的影响,而挤压强化却明显提高了孔的细节疲劳强度。

基于细节有限元的机身窗周开口区疲劳强度分析

建立窗周开口区局部细节有限元模型,将其嵌入全机总体有限元模型,使用Nastran进行细节应力分析,给出一种钉孔区名义应力确定方法,获得疲劳分析所需的参考应力、钉载;将全机总体有限元模型中窗框单元应力谱,与局部细化后窗周开口区域疲劳薄弱部位应力分析结果相结合,来确定各疲劳薄弱部位所需应力谱;在此基础上,使用细节疲劳额定值法进行裂纹萌生寿命分析,确定疲劳最薄弱部位;采用Nasgro方程对疲劳最薄弱部位进行裂纹扩展寿命分析。文中基于细节有限元模型确定分析部位应力谱的方法及形成的一套分析流程可以推广到其他开口类结构疲劳强度评估中。

军用飞机结构耐久性设计的细节疲劳额定值方法

为满足军用飞机研制初步设计阶段对结构耐久性(疲劳)快速设计与评估的迫切需求,在全面分析军用飞机与民用飞机主要区别的前提下,针对军用飞机结构与使用载荷特点,以民用飞机细节疲劳额定值(DFR)方法的基本思想和技术途径为基础,从寿命服从对数正态分布的假设出发,对随机载荷谱的当量等幅化方法、结构DFR许用值的确定技术以及标准S-N曲线的建立等关键问题进行深入研究,建立了适用于军用飞机的DFR方法及相应的工程实施技术。初步应用表明方法可行且偏保守,能明显缩短研制周期、降低研制成本,具有重要的工程意义和应用价值,可用于军用飞机研制的初步耐久性设计。

开孔试件的表面粗糙度对疲劳寿命影响的定量分析

对不同表面粗糙度的开孔铝板进行了疲劳试验。根据试验结果,利用回归分析方法建立了开孔试件的表面粗糙度对疲劳寿命影响的经验公式;通过扫描电镜进行了断口分析,揭示了表面粗糙度对裂纹形成方式的影响。最后,运用细节疲劳额定值法对开孔试件的疲劳寿命进行了可靠性分析。

飞机结构疲劳载荷谱加重系数与寿命之间的关系研究

介绍疲劳载荷谱加重方法,导出应力水平的变化与寿命之间的关系,通过耳片在常幅谱作用下的5组疲劳试验、在块谱作用下的2组疲劳试验以及三排45个孔试件在随机谱作用下的2种试验件的疲劳试验,证明该方法在不同载荷谱下和不同结构形式的应用中是可行的。

综合环境下民机机身典型长桁接头疲劳分析

采用腐蚀条件下的细节疲劳额定值(DFR)方法对民机机身典型长桁机加接头结构进行了综合环境下的疲劳分析.结合分析过程,给出了由细节模拟试件试验得到的DFR腐蚀影响系数确定结构综合环境的DFR腐蚀影响系数的方法,并采用民机机身长桁机加接头部位模拟试件,完成指定使用情况所对应的预腐蚀-腐蚀疲劳交替验证试验.试验结果与分析结果的对比表明,结果基本一致,综合环境下疲劳分析方法可行.

喷丸成形及强化对2024HDT-T351板材疲劳特性的影响

目的获得喷丸成形及喷丸强化工艺对2024HDT-T351板材疲劳特性的影响规律。方法设计了一种不传载的含紧固件单细节结构疲劳品质试验件,各组试验件相同,变化各组的喷丸参数,进行了试验基准组、喷丸强化组和4种不同参数喷丸成形组、4种不同参数喷丸成形后喷丸强化组的疲劳试验。结果通过疲劳试验和数据处理,获得了各组的疲劳性能、细节疲劳额定值和在相应应力水平下的疲劳寿命。试验结果表明,所有组的细节疲劳额定值均高于试验基准组,其中喷丸强化试验组的疲劳性能提高了24%,喷丸成形试验组的疲劳性能提高了9%~13%,喷丸成形后喷丸强化试验组的疲劳性能提高了9%~24%。结论给出了2024HDT-T351板材喷丸成形及强化疲劳分析合金和表面处理系数B。2024HDT-T351铝合金板材经喷丸强化后、经大弹丸喷丸成形后和经大弹丸喷丸成形后喷丸强化,疲劳分析时合金和表面处理系数B可保守取1.2、1.05、1.05。

使用环境下民机机翼蒙皮对接结构疲劳分析

对民机机翼蒙皮对接结构进行使用环境下的疲劳分析。根据结构典型使用情况,采用细节模拟试件实验室加速腐蚀试验测定细节疲劳额定值(detail fatigue rating,DFR)地面停放腐蚀影响系数和空中腐蚀疲劳影响系数;采用腐蚀条件下的DFR方法对结构进行疲劳分析,得到疲劳裕度。在此过程中建立处理实际结构复杂使用环境的方法及由细节模拟试件试验得到的DFR腐蚀影响系数确定结构使用环境的DFR腐蚀影响系数的方法。采用机翼蒙皮对接部位模拟试件,设计完成指定使用情况所对应的预腐蚀—腐蚀疲劳交替验证试验,试验结果与分析结果基本一致,该使用环境下的疲劳分析方法可行。

表面粗糙度对激光选区熔化TC4钛合金疲劳性能的影响

针对沉积表面和机加表面激光选区熔化(SLM)成形TC4钛合金试验件,通过疲劳试验得到两种表面粗糙度下的细节疲劳额定值(DFR),同时借助扫描电镜研究表面粗糙度对SLM成形TC4疲劳性能的影响。结果表明:沉积表面的DFR值为235.1 MPa,机加表面的DFR值为283.3 MPa,后者疲劳性能优于前者。断口分析显示表面粗糙度对疲劳裂纹萌生方式影响显著,沉积表面疲劳裂纹源萌生于试验件的表面,断口粗糙,高低起伏比较明显,机加表面疲劳裂纹源起始于试验件内部,断口比较平坦。

基于Pareto遗传算法的腹板梁结构抗屈曲疲劳优化设计研究

依据疲劳分析中的细节疲劳额定值法,提出一种基于遗传算法的腹板梁结构抗屈曲疲劳的优化设计模型。通过有限元计算及试验分析,采用半经验方法建立结构屈曲疲劳分析模型,并应用遗传算法进行优化计算,获取了质量最小情况下结构疲劳寿命最高的结构设计方案,优化后理论分析的腹板梁结构屈曲疲劳寿命比初始结构寿命有了显著提高,为通用飞机结构减重提供设计依据。

基于DFR法的Al-Li-S4铝锂合金铆接结构疲劳可靠性分析

Al-Li-S4是新一代铝锂合金,常被用作机身材料,而铆接结构在飞机各个重要受力结构中也具有广泛的应用。为了研究Al-Li-S4铝锂合金铆接结构的疲劳性能,通过试验统计得到两种铆接结构的细节疲劳额定值(DFR),并借助扫描电镜观察其疲劳裂纹的萌生和扩展行为。结果表明:Al-Li-S4铝锂合金铆接搭接结构的DFR值为102.24 MPa,铆钉填充锪窝孔连接结构的DFR值为169.41 MPa;Al-Li-S4铝锂合金疲劳断口的分析表征其具有良好的抗疲劳损伤性能。研究结果可为新型民用飞机选材、疲劳设计和寿命评估提供参考。

在斜向载荷作用下耳片疲劳寿命分析的等效载荷法

通过对耳片在不同加载角度下进行受力分析,针对耳片受斜向拉-压疲劳载荷的寿命分析问题,对压缩载荷进行等效处理,得到有效载荷系数λ,将疲劳载荷谱等效为P_(max)~λP_(min),然后通过细节疲劳额定值(DFR)方法得到耳片结构的疲劳寿命,最后通过加载角为45°的耳片疲劳试验对该方法进行了验证,证明该方法具有工程实用性。