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文檔簡介
1、全尺寸飛機疲勞試驗周期對民機研發(fā)影響重大,各國都在不斷地探索和實踐各種方法和途徑,以達到縮短試驗周期的目的。本文以民機全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞加速試驗技術(shù)中的載荷譜加重為研究目標(biāo),從疲勞載荷譜加重、損傷容限載荷譜加重和廣布疲勞損傷容限載荷譜加重三個方面系統(tǒng)深入地研究,進行了典型金屬材料結(jié)構(gòu)的載荷譜加重試驗及計算分析理論驗證。在此基礎(chǔ)上進一步開發(fā)建立了疲勞/損傷容限載荷譜加重分析軟件平臺,包括疲勞/損傷容限載荷譜加重壽命模型建立、原譜壽命預(yù)測和加重
2、系數(shù)選擇,為全尺寸飛機結(jié)構(gòu)疲勞加速試驗提供理論和技術(shù)支持,具體內(nèi)容如下:
(1)進行了飛機金屬結(jié)構(gòu)疲勞/損傷載荷譜加重的試驗研究,完成了26件30CrMnSiNi2A材料的隨機疲勞載荷譜加重試驗,67件LY12_CZ材料的大、小壁板的單孔裂紋擴展的載荷譜加重試驗和18件LY12_CZ材料單排7孔的廣布疲勞損傷載荷譜加重試驗。
(2)開展了隨機載荷譜疲勞加重方法研究,基于結(jié)構(gòu)細節(jié)疲勞特征值的當(dāng)量名義應(yīng)力法和局部應(yīng)力應(yīng)變
3、法兩種模型對隨機載荷譜壽命進行預(yù)測,采用疲勞載荷譜加重試驗對選用的材料參數(shù)和壽命預(yù)測模型進行了驗證,結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)細節(jié)疲勞特征值的當(dāng)量名義應(yīng)力法與局部應(yīng)力應(yīng)變法相比跟試驗結(jié)果具有更好的一致性。在此基礎(chǔ)上建立了疲勞載荷譜加重的疲勞壽命加重模型,根據(jù)疲勞壽命縮短試驗時間的比例,選擇合適的疲勞試驗加重系數(shù),或者已知加重系數(shù)和加重譜疲勞壽命,估算原譜疲勞壽命。
(3)開展了單孔裂紋擴展載荷譜加重方法研究,應(yīng)用 Paris模型和高載遲滯W
4、illenborg-Chang模型預(yù)測常幅譜和隨機譜裂紋擴展壽命,并與單孔裂紋擴展載荷譜加重試驗的臨界裂紋長度、裂紋擴展長度-循環(huán)數(shù)曲線和裂紋擴展壽命數(shù)據(jù)進行了對比驗證,結(jié)果顯示兩種模型計算結(jié)果和試驗值吻合得很好。在此基礎(chǔ)上建立了裂紋擴展壽命加重模型,根據(jù)裂紋擴展壽命縮短試驗時間的比例,選擇合適的裂紋擴展試驗加重系數(shù),或者已知加重系數(shù)和加重譜裂紋擴展壽命,估算裂紋擴展的原譜壽命。在裂紋擴展載荷譜加重系數(shù)小于1.25時,小壁板和大壁板在常
5、幅譜和隨機譜下經(jīng)過歸一化處理后,隨著載荷系數(shù)的增加,無論是小壁板或大壁板,還是常幅載荷或隨機載荷譜,載荷加重系數(shù)-加重譜壽命/原譜壽命比曲線與載荷加重系數(shù)-原譜壽命/加重譜壽命比曲線都吻合得很好。根據(jù)這一結(jié)論,在進行大試件隨機載荷譜加重分析時,可應(yīng)用相同材料與小尺寸裂紋結(jié)構(gòu)形式相同的試件進行常幅載荷譜加重試驗分析來確定加重系數(shù)選擇模型和原譜裂紋擴展壽命預(yù)測模型,然后根據(jù)少量的大尺寸加重譜的裂紋擴展壽命試驗,確定原譜裂紋擴展壽命,減少試驗
6、的費用和時間。
(4)開展了廣布疲勞損傷容限載荷譜加重方法研究,裂紋尖端的應(yīng)力強度因子增加相互影響因子參數(shù),應(yīng)用Paris模型和Willenborg-Chang模型預(yù)測廣布疲勞損傷的常幅譜和隨機譜裂紋擴展壽命,并和廣布疲勞損傷裂紋擴展載荷譜加重試驗裂紋擴展長度-循環(huán)數(shù)曲線和裂紋擴展壽命數(shù)據(jù)進行了對比驗證,結(jié)果顯示這兩種模型計算結(jié)果和試驗值吻合得很好。在此基礎(chǔ)上建立了廣布疲勞損傷載荷譜加重的多裂紋擴展壽命加重模型,根據(jù)多裂紋擴展
7、壽命縮短試驗時間的比例,選擇合適的多裂紋擴展試驗的加重系數(shù),或者已知加重系數(shù)和加重譜多裂紋擴展壽命,估算多裂紋擴展的原譜壽命。在常幅譜和隨機譜下經(jīng)過歸一化處理后,當(dāng)加重系數(shù)小于1.25時,載荷加重系數(shù)-加重譜壽命/原譜壽命比曲線和載荷加重系數(shù)-原譜壽命/加重譜壽命比曲線都吻合得很好。應(yīng)用這個結(jié)論在進行廣布疲勞損傷隨機載荷譜加重分析時,可應(yīng)用常幅載荷譜先進行加重試驗,確定加重系數(shù)選擇模型和原譜裂紋擴展壽命預(yù)測模型,然后根據(jù)少量的隨機譜的廣
8、布疲勞損傷加重試驗,確定原譜裂紋擴展壽命,減少試驗的費用和時間。
(5)在金屬結(jié)構(gòu)疲勞/損傷容限載荷譜加重理論和試驗基礎(chǔ)上,建立了疲勞/損傷容限載荷譜加重系數(shù)選取和原譜疲勞/裂紋擴展壽命預(yù)測軟件平臺。該平臺采用C++語言,分為數(shù)據(jù)庫管理、疲勞載荷譜加重、損傷容限載荷譜加重、廣布疲勞損傷容限載荷譜加重和結(jié)果監(jiān)控五個模塊。在數(shù)據(jù)庫管理中包括文件名字、項目備注、載荷譜所在位置和模型參數(shù)等信息。疲勞載荷譜加重、損傷容限載荷譜加重和廣布
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