有限矩形板基于权函数法的应力强度因子计算

裂纹尖端应力强度因子的求解是疲劳裂纹扩展分析的关键问题之一。根据断裂力学原理,权函数把载荷条件和几何条件分开考虑,只包含裂纹体几何特征,不受载荷影响。本文采用基于裂纹面位移的规范化解析权函数法和基于多个参考载荷条件的Glinka-Shen通用权函数法分别求解了有限矩形板中心裂纹和边缘裂纹的权函数,并采用格林函数验证了权函数的正确性,为疲劳裂纹扩展预测中应力强度因子确定提供了一种简便、高效的方法。

航空发动机钛合金声衬热振响应特性

针对高温振动环境下钛合金声衬动响应变化规律及疲劳失效问题,以仿真分析和试验相结合的方法开展钛合金声衬高温环境下的振动特性研究。研究结果表明:200℃下钛合金声衬1阶固有频率计算结果和试验值吻合较好,误差在8%以内。在40g振动激励下,通过对比仿真结果与试验结果发现速度响应的误差在26%以内,验证了仿真分析方法的可用性与准确性。使用该数值方法计算了热振环境下声衬的应力分布,发现声衬应力最大位置出现在蜂窝芯上,面板的应力水平整体相对较低;随着蜂窝芯高度和厚度的增大,声衬的应力水平会下降,而声衬的应力水平会随着面板厚度得增大而升高;孔径的大小对声衬强度影响可以忽略。

基于气候实验室的民机整机发动机低温启动实验

为解决在密闭大型气候实验室极端低温环境下,进行民机整机发动机低温启动实验带来的强扰动和安全性问题,基于实验室现有能力条件,从发动机尾气排放和极端低温空气补偿两方面开展了民机整机发动机低温启动实验技术研究。对于发动机尾气排放,提出了针对大涵道比涡扇发动机的尾气“分割排放”概念和排放质量流量预估方法,降低了从实验室排放的低温空气质量流量。对于空气补偿,采用液氮作为冷源将实验室外常温空气冷却至极端-50℃低温并持续补充进实验室,补偿排放损失、维持实验室内低温环境稳定和室内外压力平衡,保障实验安全。基于该项技术,在国内首次成功实施了民机整机-40℃发动机低温启动适航符合性实验,实验结果表明:飞机低温冷浸时间10 h,实验全过程室内温度波动在±3℃以内;与常温下相比发动机启动功能和性能无明显衰减。该项实验的成功为其他民机在实验室内开展发动机低温启动实验和相关适航标准规范的制定提供了实践依据和技术储备。

弹片热机械疲劳试验方法研究及设计

针对弹片的热机械疲劳(TMF)试验要求,采用机械设计技术、机电技术、冷却技术、计算机技术和数据采集技术,提出了压力载荷和热载荷的加载方法,建立了2种载荷5个试验件的并联试验控制系统,并设计了弹片热机械疲劳试验器。试验结果表明:该系统能够同时模拟服役环境下弹片的压力载荷和热载荷。利用该试验系统进行了弹片的热机械疲劳试验,试验结果再现了弹片在服役状态下的失效模式。试验系统具有良好的重复度、较高的加载频率和加载精度。压力载荷最大相对误差为2.4%,绝对误差小于0.5N。温度载荷最大相对误差为3.55%,最大绝对误差为3.89℃。

基于权函数法的应力强度因子计算和断裂评估

仅利用一个参考载荷,建立一种近似公式来计算共线裂纹和中心裂纹的张开位移。通过该方法确定的裂纹面张开位移及其偏导与精确解之间吻合良好。该方法将中心裂纹的权函数计算模型简化为形状因子和裂纹面张开位移偏导之间的积分。基于权函数法,研究了带中心裂纹的旋转叶片的应力强度因子与裂纹长度、位置、转速及转动加速度之间的关系。结果发现:应力强度因子随着裂纹长度的增加和裂纹与旋转轴间距的减小而增大;转动加速度对应力强度因子的影响较小;转速的增大会使应力强度因子增大。在断裂力学理论的基础上,建立了断裂控制准则,计算表明叶片的临界转速随着裂纹长度的增加而降低。

旋转桨叶表面压力反演试验

为了验证旋转桨叶表面压力的反演计算方法,搭建了旋转桨叶表面压力反演试验平台,对一套二叶螺旋桨的表面压力开展了反演试验。通过传声器阵列测量螺旋桨的远场噪声,利用Kulite压力传感器和离线式采集器测量桨叶表面的静压,并与计算结果进行对比。结果表明:在所研究的工况范围内,计算结果与试验结果吻合较好,趋势基本一致;其中两个测点的试验结果与计算结果误差在1%以内,精度很高;另两个测点的对比差值较大,主要是压力传感器安装工艺误差所导致的。

排气道钛合金环形声衬声学特性试验

根据钛合金蜂窝声衬潜在的应用环境,提出了考虑温度梯度影响的环形声衬消声效果的试验方法并研制了模拟发动机风扇排气道声学试验台,开展了钛合金环形声衬的声学特性试验研究。针对2500 Hz、2阶周向模态的入射噪声和马赫数为0.2的切向来流工况,设计并制备了钛合金环形声衬,分别通过管道内声模态测试和远场指向性测试研究钛合金环形声衬的声学特性。试验结果表明:设计的钛合金声衬在目标工况下管道内降噪量为31.9 dB,远场1 m半径、30°~120°范围内的降噪量都超过20 dB;增加切向流速会扩展降噪频谱带宽,使降噪频谱峰值由低频向高频移动;增加背板温度对降噪频谱带宽几乎没有影响,但会使得降噪频谱峰值由低频向高频移动。

基于ICA包络增强MEMD的滚动轴承故障诊断

针对多元经验模态分解(MEMD)存在模态混叠、带内噪声干扰导致轴承故障特征信息微弱难提取问题,提出了基于独立分量分析(ICA)包络增强MEMD的滚动轴承故障诊断。采用MEMD对多通道信号进行自适应分解,依据峭度和相关系数选取包含故障信息的本征模态函数(IMF);对所选取IMF分量的包络信号进行ICA分析,抑制模态混叠和削弱带内噪声;选取峭度最大的独立分量包络进行频谱分析,判断滚动轴承的运行状况。实测信号结果表明:ICA包络增强MEMD后包络谱中可以清楚地看到前6阶故障频率,故障特征频率误差小于1 Hz,其他方法只能看到2~3阶,且干扰频率成分较多。