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。

含多相似疲劳细节结构的细节疲劳额定值的估算模型

细节疲劳额定值法(DFR法)是一种已在飞机寿命估算及耐久性分析中广泛使用的结构疲劳分析方法。为了将DFR法应用于含多相似疲劳细节的复杂结构的疲劳分析,克服结构DFR值的传统评估模型的不足,以得到更准确的评估结果,分别将复杂结构考虑成一个由相似疲劳细节群组成的串联、并联或串并混合联的结构系统,依据DFR法和系统可靠性模型,建立含多相似疲劳细节结构的细节疲劳额定值的估算模型。

DFR疲劳试验数据处理的折算方法

在DFR理论框架内推导得到试验数据折算公式,进而在现行DFR试验数据处理方法的基础上提出了试验数据折算方法,从而解决了现行数据处理方法要求各试件试验中的峰值应力必须为同一应力水平给复杂结构疲劳试验带来的困难和挑战。与复杂结构的试验结果及相关文献的典型结构试验结果的比较表明这一方法是可行的。

基于DFR方法的下壁板结构疲劳分析

作为结构细节疲劳分析和评定的主要方法,细节疲劳额定值(DFR)法在民用飞机和军用飞机疲劳强度设计领域得到了广泛的应用。针对民用飞机前机身下壁板结构,建立了结构总体有限元模型,基于DFR方法,考虑结构形式和基本特征,计算确定了结构细节部位的DFR值,并根据分析部位的随机地-空-地应力谱,计算得到了细节部位的疲劳寿命。结果表明,使用DFR方法计算得到的细节部位的疲劳寿命最小为5.34E+05起落,满足飞机预期寿命要求。

试验测定DFR的升降法方法

提出了试验测定结构件细节疲劳额定值 (DFR)的升降法方法 ,可以充分估计并节约总试验时间 .通过数值模拟比较了升降法数据处理的半子样极大似然法和马尔可夫方法 .为满足可靠度要求 ,对半子样极大似然法估计的疲劳强度标准差进行了修正 ,并给出了保证 95 %可靠度的疲劳强度的置信度要求的最少试件数 .

螺栓疲劳寿命计算方法探讨及研究

螺栓作为飞机结构中最重要的传载连接件,其静强度性能已经引起了人们的高度关注,然而由于螺栓为标准件,因而对其疲劳性能重视程度不够。通常对螺栓疲劳寿命计算,也只分析其拉应力对寿命产生的贡献,而忽略其剪切应力对疲劳寿命的影响,这样可能会得到螺栓寿命偏危险的设计结论。介绍了螺栓的受载特点及破坏型式,研究了螺栓应力集中系数的确定方法,通过引入螺栓当量拉应力概念,对螺栓疲劳寿命计算中参考应力的选取方法进行了改进,给出了名义应力法及DFR方法计算螺栓疲劳寿命的一般步骤,最后总结了影响螺栓疲劳寿命的因素,提出了改善螺栓疲劳性能的常见方法。

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。

预腐蚀疲劳退化加速因子研究

考虑预腐蚀对材料疲劳性能的影响,以疲劳强度作为腐蚀量,给出了考虑预腐蚀疲劳退化的加速腐蚀因子的定义和表达式,并结合疲劳分析方法,以细节疲劳额定值(DFR)作为疲劳强度的衡量,给出了预腐蚀条件下的DFR确定方法,通过加速环境和实际服役环境下DFR随预腐蚀时间退化规律的对比分析,建立基于DFR的加速腐蚀因子,并进行参数估计,最后,给出了LY12CZ铝合金试件在典型环境下的加速腐蚀因子取值.

民机衬套修理技术对金属结构疲劳性能的影响研究

首先研究了民机衬套修理技术对金属结构疲劳性能的理论影响,得出了主要影响参数,包括衬套孔径和衬套初始干涉量;然后通过数值模拟手段,建立了关于典型连接结构的有限元模型,分析了在不同衬套孔径和初始干涉量条件下,连接结构衬套孔边的最大径向压应力变化趋势;最后设计了若干组试片级疲劳试验,研究了衬套孔径和衬套干涉量对细节疲劳额定值(DFR)的影响,得出了当前工艺水平下的定量疲劳影响结论。

基于Gerber模型的DFR腐蚀折算系数及其试验测定

为了将细节疲劳额定值(DFR)法的适用范围扩展到腐蚀条件下,采用腐蚀折算系数对DFR进行当量折算的方法,建立了基于Gerber模型的DFR法在腐蚀条件下的分析方法,并通过腐蚀折算系数的分解使此法可用于单独研究地面预腐蚀和空中腐蚀疲劳对DFR的影响。通过设置九组不同时长(0 h、6 h、12 h、24 h、36 h、72 h、108 h、144 h和180 h)的预腐蚀疲劳试验,测定了2024-T3铝合金的地面停放腐蚀折算系数;比较了基于Gerber模型和Goodman模型的DFR法在一般条件和腐蚀条件下的计算结果。结果表明:随着预腐蚀时间的延长,2024-T3铝合金的细节疲劳额定值截止值(DFR cutoff)下降;在九组不同时长下,基于Gerber模型计算的DFR cutoff依次为84.251 MPa、84.722 MPa、79.683 MPa、80.745 MPa、77.026 MPa、74.996 MPa、75.613 MPa、76.186 MPa和73.798 MPa,地面停放腐蚀折算系数为1、1.006、0.946、0.958、0.914、0.890、0.897、0.904、0.876,拟合得到DFR cutoff与预腐蚀时长满足:DFR cutoff=84.521[lg(t+10)]-0.149 8。在未考虑腐蚀影响的条件下N 95/95>10 5时,考虑腐蚀影响的条件下N 1>10 5时,基于Gerber模型计算的DFR均大于基于Goodman模型的计算结果。

2E12-T3铝合金蒙皮环向对接结构的疲劳性能

通过有限元仿真确定蒙皮环向对接结构的疲劳危险部位,计算得到2024-T3铝合金对接结构的理论细节疲劳额定值(DFR)。对2E12-T3铝合金蒙皮环向对接结构进行疲劳试验,分析了疲劳断裂位置和断口形貌,计算得到该对接结构的试验DFR,并与2024-T3铝合金对接结构的理论DFR进行对比分析。结果表明:蒙皮环向对接结构试样均在蒙皮端部钉孔处发生疲劳破坏,与有限元分析得到的结构薄弱部位一致;裂纹起源于蒙皮与带板贴合面且与加载方向垂直的蒙皮孔壁上,裂纹扩展区存在疲劳条带和少数韧窝,瞬断区存在韧窝及空洞;2E12-T3铝合金对接结构的DFR相比于2024-T3铝合金对接结构提升约13.9%。

DFR法在腐蚀疲劳分析中的可行性试验研究

把实验室环境下开孔试件的S-N曲线同3．5％NaCl水溶液预腐蚀后开孔试件的S-N曲线以及间接地同大气环境下放置25年的开孔试件的S-N曲线进行了比较，说明了这些S-N曲线在双对数坐标纸上是平行的。其斜率可以通用，还分析了斜率变化对寿命(损伤)的影响，初步证明了DFR法可以适用于腐蚀疲劳寿命预估。

基于广义DFR概念的受剪连接件疲劳寿命估算方法

提出了广义DFR(细节疲劳额定值)概念,基于疲劳寿命遵循对数正态分布规律推导了任意应力比、可靠度和置信度下的DFR值的计算公式,在此基础上,发展了基于广义DFR概念的连接件谱载疲劳寿命估算方法,试验测定了铆钉单搭铝合金连接件和螺栓连接合金钢连接件的广义DFR值和谱载疲劳寿命。采用本文提出的广义DFR方法估算了两种连接件的谱载疲劳寿命,并与试验结果进行对比,发现理论估算结果与试验数据吻合良好。

7050铝合金在海洋大气中的接触腐蚀防护研究

通过在海南开展的7050铝合金为期1年的户外大气暴露试验,并利用单侧容限因数法、概率统计T检验、形貌观察和EDX等手段研究了不同表面状态、连接状态的7050铝合金在海洋大气环境中的腐蚀特征和防护措施。研究表明:表面阳极化处理的7050铝合金的腐蚀是以点蚀萌生为主,特别是在与TC18钛合金连接处腐蚀比较集中;从T检验的结果得知,无论7050铝合金涂漆与否、装配与否,海洋大气腐蚀对疲劳寿命都有显著影响;涂漆和胶结装配可在一定程度上降低大气腐蚀和电偶腐蚀对7050铝合金的影响。

飞机结构腐蚀疲劳寿命预估工程方法研究（之一）

讨论并通过试验验征了DFR法基本假设对腐蚀疲劳寿命预估的适用性，介绍了仅考虑环境对结构细节疲劳特性影响的裂纹形成日历年限预估方法；并通过算例说明了计算过程。

飞机中央翼前梁下缘条结构典型加工误差修理效果分析

针对飞机典型连接结构中的中央翼前梁下缘条结构,对其含典型加工误差类型及误差修理后的效果进行研究。通过耐久性分析方法分析修理后连接结构的疲劳性能,通过有限元分析计算该结构的疲劳细节额定值(DFR),并设计试验件进行对比试验验证。通过试验验证,研究含误差结构相对于原结构疲劳寿命和疲劳性能的变化。对目前飞机生产加工单位采用的紧固孔误差修理方法进行有效性判定,对误差修理方法提供理论和试验数据支持。

疲劳可靠性寿命随应力水平变化的规律

分析了疲劳可靠性寿命随应力水平变化的规律，验证了“应力水平降低20％，疲劳寿命增加一倍；应力水平提高20％，疲劳寿命减少一半”的一般规律。

用谱载试验确定DFR及其应用

根据疲劳损伤当量原理建立了用谱载试验确定结构细节的DFR方法。以实例给出了谱载的DFR的几种应用途径，预测结果和试验结果比较吻合。

中央翼前梁下缘条结构典型加工误差修理分析

本文针对典型连接结构中的中央翼前梁下缘条结构，对其含典型加工误差类型及误差修理效果进行研究。通过耐久性分析方法分析连接结构的疲劳性能，通过有限元分析计算该结构的疲劳细节额定值（DFR），并设计试验件进行对比试验验证。通过试验验证，研究含误差结构相对于原结构疲劳寿命和疲劳性能的变化。对目前飞机生产加工单位采用的紧固孔误差修理方法进行有效性判定，对误差修理方法提供理论和试验数据支持。