基于Lamb波损伤特征融合模型的金属结构件疲劳裂纹扩展预测

针对动态载荷环境下机械装备金属结构件疲劳裂纹扩展延伸问题,提出一种基于Lamb波损伤特征融合的疲劳裂纹扩展预测模型。首先从Lamb波信号传播特性出发,分析对比对称模式下Lamb波损伤信号和基准信号传播过程中的特性变化,在此基础上提取能够敏感表达结构损伤的相关系数和相位差异特征,通过变量标准化变换后进一步构建出疲劳裂纹扩展预测模型,最后利用金属结构件全寿命周期疲劳实验数据对模型进行验证。结果表明:所提模型能够准确预测动态载荷环境下疲劳裂纹扩展过程,与其他预测模型相比优势明显,可为机械装备关键结构件合理检修计划制定提供一定参考借鉴。

铝锂合金的疲劳裂纹扩展行为及耐疲劳损伤机理

本文综述了铝锂合金疲劳裂纹扩展特性及耐疲劳损伤机理。在阐述铝锂合金不同类型时效析出相强化机理(切过机制和绕过机制)的基础上,详细论述了时效过程中析出相演化对铝锂合金疲劳裂纹扩展(FCG)速率的影响及机理,并重点阐述了晶粒组织(包括再结晶程度、晶界密度、晶粒尺寸、晶粒取向等)对铝锂合金FCG速率的影响及机理。总结了第三代耐疲劳损伤铝锂合金的开发路径、成分组织设计思路及部分铝锂合金的FCG性能;在阐述国内与国际上耐疲劳损伤铝锂合金发展差距的基础上,提出了国内耐疲劳损伤铝锂合金的研究方向。

在役桥(门)式起重机金属结构疲劳寿命预测分析

针对在役桥(门)式起重机金属结构安全性能评估中的疲劳寿命预测问题,以Paris公式的等幅载荷疲劳裂纹扩展寿命计算公式为基础,结合Miner线性累积损伤理论,推导了一种用于变幅和随机载荷的起重机金属结构疲劳寿命计算模型。结合相关的试验数据,对模型中的多个参数进行分析,用试验推荐值进行随机载荷下集装箱门式起重机金属结构的疲劳寿命计算,并对影响疲劳寿命的主要因素进行分析说明。模型假设条件少,公式简便,适用于桥(门)式起重机金属结构的疲劳寿命预测。

基于非线性超声调制方法的损伤识别与定位

在结构健康监测技术中,非线性弹性波谱方法具有对结构微小变化敏感的特性,能够有效地对裂纹等非线性损伤进行识别。笔者针对采用两个持续激励的普通非线性弹性波谱方法不能定位损伤的问题,提出了一种能够识别并且定位铝板中疲劳裂纹的非线性超声调制方法。该方法通过识别脉冲与高频超声波之间的调制现象来进行损伤检测。实验中,压电阵列粘贴于疲劳裂纹铝板表面,汉宁窗调制的正弦脉冲激励和正弦持续激励同时施加在压电阵列上。通过采集不同的作动传感路径的响应,利用短时傅里叶变换对响应进行频域分析,构造损伤指数量化损伤程度,对疲劳裂纹进行识别和定位。实验结果表明,所提出的方法可以成功地检测并定位疲劳裂纹损伤。

含裂纹钢板复合材料修补疲劳寿命数值分析

用ANSYS有限元软件对复合材料修复含边裂纹、中心裂纹和切口的钢板的疲劳寿命进行了数值分析。研究了边裂纹、中心裂纹长度对钢板疲劳寿命的影响，分析了碳纤维增强复合材料对3种损伤钢板疲劳寿命的修复效果。计算结果显示，修补后结构件的疲劳寿命可延长3～50倍。

潜艇结构锥柱结合壳损伤容限研究

损伤容限与耐久性的结合体现了现代潜艇结构延长寿命、提高可靠性和降低维修成本的综合要求。损伤容限分析的关键问题是正确估算剩余寿命。本文以断裂力学为理论基础,通过对带有初始裂纹的潜艇典型焊接节点模型的剩余寿命有限元分析,将计算结果和试验结果相比较,考核剩余寿命有限元分析方法的可靠性,从而对有初始缺陷或裂纹的疲劳热点区域——潜艇锥柱结合壳进行剩余寿命有限元估算,在此基础上进行潜艇锥柱结合壳损伤容限研究。并对具有不同尺寸的初始裂纹结构的剩余寿命进行有限元分析,确定潜艇在交付使用和检修时的损伤容限尺寸。

广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究

围绕广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究了广布疲劳损伤裂纹萌生寿命与广布疲劳损伤出现时间的关系,以及MSD对裂纹萌生寿命的影响。给出了根据疲劳开裂情况确定的裂纹萌生寿命和损伤累积的修正计算方法,解决了MSD结构中细节疲劳裂纹萌生寿命计算问题同时计及了MSD对裂纹萌生的促进加速效果。

疲劳多裂纹问题研究进展

介绍了近十年来颇受关注的疲劳多裂纹(MFC)问题的研究.其研究的对象主要是长寿命承力结构,尤其是老龄飞机;目的是建立疲劳多裂纹问题裂纹扩展的计算模型和含疲劳多裂纹结构的失效准则.该研究为长寿命承力结构的疲劳可靠性评定奠定了基础.

高速铁路隧道衬砌结构损伤累积与裂纹演化机理

高速铁路隧道混凝土衬砌结构含有初始孔隙或微裂纹等初始损伤。高速列车通过隧道所产生的气动疲劳载荷作用,使这种初始损伤会逐步扩展。选用混凝土的弹性模量衰减规律来反映气动疲劳载荷对隧道衬砌细观混凝土的作用效应,以弹性模量衰减的第二阶段为主要研究阶段,模拟了在循环气动载荷作用下,高速铁路隧道衬砌混凝土细观损伤机理及疲劳损伤裂纹的发展变化规律。研究表明:高速铁路隧道服役的中后期,气动疲劳载荷对隧道耐久性的危害作用更大。

损伤识别在车用储氢容器模态试验中的应用

针对车用高压储氢容器的复合纤维缠绕结构在其使用过程中的安全问题,开展了体积为0.074m3车用纤维缠绕储氢容器的模态试验研究。根据完好容器、反复充装引起的桶身轻微损伤和疲劳破裂两种疲劳损伤状态容器的模态分析,探讨了基于模态参数进行损伤识别的可行性。研究表明,无论是轻微损伤还是疲劳破裂状态,局部的疲劳裂纹对损伤前后的频响函数有一定影响但并不敏感,无法基于频率响应函数判定损伤是否发生并确定损伤位置,但基于损伤前后振型比较可以实现损伤判定并预测损伤位置。该研究为确定车用储氢结构的在线损伤识别奠定了实践基础。

钛合金TC11微动疲劳特性研究

以航空发动机榫连接结构微动疲劳问题的简化模型为研究对象,设计和制造了一套采用液压加载方式来实现微动疲劳法向载荷施加的试验装置,用于研究钛合金TC11微动疲劳的损伤过程,并对试验过程中在接触区域萌生裂纹的试件断口进行观测。研究结果表明:保持法向载荷恒定不变,增加轴向载荷将减少微动疲劳寿命。同样,保持轴向载荷恒定不变,法向载荷对微动疲劳寿命影响不如轴向载荷显著。另外,等效应力和滑移幅值是微动疲劳寿命的主要影响因素。

飞机结构修理中去除蒙皮边缘损伤的研究

在飞机结构修理去除蒙皮边缘疲劳裂纹时,去除深度和半径对蒙皮的疲劳品质有很大的影响。研究了不同的去除深度和半径对蒙皮疲劳品质的影响,得到满足允许损伤标准的疲劳裂纹去除方法。

钢吊车梁加固前后受力性能试验研究

以某厂工字形带裂缝的钢吊车梁为研究对象,在对国内外开裂钢吊车梁疲劳损伤进行广泛调查研究的基础上,提出了以提高吊车梁上部区域有效面积和刚度为目的的加固方案。通过吊车梁加固前后200万次疲劳试验,对加固前后裂缝尖端主应力的大小及方向的变化规律进行了研究。研究结果表明:通过增大截面有效面积及刚度可以延长开裂钢吊车梁的疲劳剩余使用寿命,对实际工业厂房中存在开裂的钢吊车梁的加固及维护有很好的指导意义。

基于HHT的主动兰姆波金属疲劳裂纹损伤监测研究

由于兰姆波具有频散效应,使得其信号形式较为复杂、分析困难,这就为损伤监测中的模式波包提取带来了很大的难度。利用希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)对信号包络进行提取,可以达到简化原始信号、提高损伤监测精度和效率的目的。与利用短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform,STFT)提取信号包络的方法相比,希尔伯特-黄变换的自适应性更强、效率更高,更适合兰姆波分析。通过对铝制薄板中的裂纹扩展监测试验表明,结合了希尔伯特-黄变换的损伤指数法,对兰姆波信号的模式提取更为准确、对裂纹的扩展也更为敏感。

金属蒙皮破孔结构胶铆混合修理的疲劳性能研究

蒙皮破孔是最典型的飞机战伤形式之一,目前对其抢修的方式主要有纯铆接修理和纯胶接修理,在修复效果或修复时间上存在不足。提出利用胶铆混合方式进行蒙皮破孔修理,采用疲劳试验与有限元分析方法,针对带预置圆形破孔损伤的破孔件、铆接修理件、胶接修理件和胶铆混合修理件进行疲劳性能对比研究。结果表明:相比纯铆接和纯胶接修理方式,胶铆混合连接方式具有最佳的修理效果,混合连接中铆钉作用能有效提高胶层承载并抑制胶层剥离;胶铆混合修理方式与纯铆接相比疲劳性能更优,与纯胶接相比修理时间更短,在金属蒙皮破孔结构的战伤抢修工作中具有良好的应用前景。

构件打磨深度对疲劳寿命的影响

按照飞机结构修理手册的规定,腐蚀损伤的允许打磨深度不超过构件厚度的10%。疲劳寿命计算和试验结果表明,从疲劳强度角度考虑,如果损伤部位修理不能利用原紧固件孔安装紧固件,并且又只能采用非对称铆接修理,则打磨深度在总厚度的10%～20%时,较合理的修理仍是通过打磨清除腐蚀,然后恢复涂层。

单面碳纤维增强复合材料补强含斜裂纹钢板疲劳寿命研究

通过疲劳试验以及有限元软件ABAQUS,对含中心斜裂纹钢板的疲劳性能进行了研究,分析了初始裂纹角度对钢板疲劳寿命的影响。试验共设计了6个试件,包括未修复和碳纤维增强复合材料(CFRP)单面修复两种类型,涉及0°、30°和60°3种初始裂纹角度。通过比较不同初始裂纹角度的试验结果,研究了其对含中心斜裂纹钢板疲劳寿命的影响,试验结果表明:当初始裂纹在钢板宽度方向上的投影长度相同时,初始裂纹角度对未修复和单面修复试件的疲劳寿命无明显影响。提出了一种简化的疲劳裂纹扩展预测方法,应用ABAQUS模拟了初始裂纹角度分别为0°,15°,30°,45°和60°的钢板的疲劳裂纹扩展,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比,吻合情况良好,说明提出的简化模型可应用于工程预测。

替损件设计技术在飞机结构上的应用

详细叙述了替损件的设计思想和设计原则，以及在飞机结构上的应用实例。主梁的疲劳试验和翼身组合体的对比试验结果表明：替损件设计方法可以大大提高结构的抗疲劳品质，并控制裂纹出现的部位，为实现结构长寿命高可靠性的目标，提供了一条成功的途径。

船舶结构概率损伤容限分析

损伤容限设计是一种先进的现代设计思想，为了使这种设计建立在可靠性分析的基础上，根据概率断裂力学理论，分别建立了具有裂纹型初始缺陷结构和受损结构在裂纹扩展中结构疲劳寿命及其可靠性估算的动态模型．在给出了结构设计参数的分布函数后可求得一组与结构初始损伤、结构使用年限和剩余寿命、设计应力等有关的动态可靠性曲线，由此可获得保证一定可靠度的结构的损伤容限，并在设计时选取具有给定可靠度的各种设计参数，或给定设计参数后估计所设计结构的可靠度．

复合材料胶补飞机损伤金属结构疲劳寿命分析

针对复合材料单面胶接修理飞机损伤金属结构疲劳寿命分析时,多种失效模式耦合作用、残余热应力和附加弯曲力矩以及裂纹非均匀扩展的影响,提出了一种能够综合考虑上述影响因素的复合材料修理损伤金属结构疲劳寿命评估方法。算例分析结果与试验结果吻合,表明本文方法可为复合材料单面胶接修理损伤金属结构疲劳寿命估算提供参考。