细节疲劳额定强度计算参量取值敏感性研究

 现代民机设计中细节疲劳额定强度(DFR)方法占据重要地位。为了研究DFR方法中的参数敏感性问题,针对典型航空材料讨论了在斜度参数和分散性参数两种参数的变化范围内,直接采用波音设计许用值进行DFR计算可能造成的误差水平,并与简单的扰动分析结果进行了对比;推导了基于Gerber方程计算DFR值的新公式,并对其适用性进行了对比分析。结果表明,在上述计算参量中斜度参数对国产材料DFR计算结果影响最敏感;锻铝等延性材料更适于使用基于Gerber方程的DFR公式。     

基于DFR法的螺栓连接件疲劳性能研究

针对螺栓连接件在服役过程中易产生疲劳损伤的问题,采用有限元模拟、理论分析和试验测试相结合的方法探究试验件厚度以及螺栓连接间隙对构件疲劳性能的影响规律。有限元模拟结果表明,由于构件几何形状的不连续性以及螺栓连接间隙的存在使得连接件中的铝合金板孔边产生较为明显的应力集中现象,在循环载荷作用下易在该处萌生疲劳裂纹导致构件的损伤失效,而施加螺栓预紧力可以通过摩擦传载改善孔边的受力情况。在静力分析的基础上,采用有传载紧固件双剪接头结构细节疲劳额定值（DFR）理论计算方法估算不同类型试验件的DFR值。理论估算结果与通过双点法确定的试验件DFR值基本吻合,相对差异在10%以内,可以验证该理论方法有较好的工程适用性。分析结果表明,试验件的连接间隙会影响螺栓的受载情况,在拉伸过程中先发生接触的螺栓处有较大的应力集中,最终导致连接件的疲劳失效;当试验件的厚度增加,铝合金板所承受的附加弯矩增大,会影响孔边的应力分布,在一定程度上降低试验件的疲劳性能。试验件厚度和连接间隙对试验件疲劳性能的影响可通过应力集中系数来综合体现,试验件DFR值近似随应力集中系数呈线性降低。本工作的研究成果可为螺栓连接件疲劳性能研究提供参考。     

基于双峰对数正态分布模型的DED-TA15钛合金DFR值估计方法

有效评价增材制造金属材料的疲劳强度，是增材制造技术应用于可重复使用飞行器主承力结构的关键。以DED-TA15钛合金为研究对象，基于3种应力水平下标准圆棒试件的成组疲劳试验结果，建立了描述DED-TA15钛合金疲劳寿命分布的双峰对数正态分布模型，采用EM算法，建立了双峰对数正态分布的参数估计方法；采用Bootstrap方法给出了指定置信度和可靠度要求的疲劳寿命计算方法。在军机DFR方法的基础上，给出了适用于DED-TA15钛合金的DFR值计算方法。与传统单峰对数正态分布相比，双峰对数正态分布更精确的描述了疲劳寿命分布，提高了高可靠度和高置信度要求下的疲劳寿命，DFR值也有所提高。该方法降低了因描述模型不精确导致的对设计许用应力的过度限制，有效的提高DED-TA15钛合金的使用潜力。     

腐蚀条件下基于Gerber模型的DFR推导及实测

为了研究等寿命曲线模型的选取对细节疲劳额定值计算结果的影响,针对六种典型航空材料对比了Gerber模型和Goodman模型对于高周疲劳数据的拟合精度;推导基于Gerber模型的DFR计算公式、腐蚀折算系数CC的表达式;针对2024-T3铝合金(表面阳极化)进行了预腐蚀0 h、6 h、12 h、24 h、36 h和72 h的疲劳实验并分析预腐蚀72 h的疲劳断口。结果表明:Gerber模型适用于LY12CZ等铝合金,并且在N_(95/95)10~5次时,基于Gerber模型的DFR法才能发挥延性材料的潜能;随着预腐蚀时间增长,2024-T3铝合金DFR值下降,基于Gerber模型计算的DFR分别为84.251 MPa、84.721 MPa、79.683 MPa、80.745 MPa、77.026 MPa和74.996 MPa,腐蚀折算系数CC为1.006、0.946、0.958、0.914、0.890,拟合得到DFR随预腐蚀时长的变化曲线是DFR=84.251[lg(t+10)]~(-0.15578);断口分析发现预腐蚀产生的蚀坑和材料中的夹杂物会加速疲劳裂纹的形成和扩展,导致结构的疲劳性能降低,但与裸材相比,阳极化过的试件的DFR在腐蚀环境中下降趋势减缓。     

腐蚀环境下材料的疲劳缺口系数

采用当量加速环境谱对LY12CZ铝合金材料进行了不同年限的加速腐蚀试验,并对腐蚀后的试件进行疲劳试验,根据试验数据,对不同腐蚀年限下试件的疲劳缺口系数Kf和DFR值进行了计算,并研究了其随腐蚀年限变化的规律。     

小样本无失效寿命试验数据的轴承可靠性评估

针对小样本无失效寿命试验数据可靠性问题提出了评估模型。模型采用Bayes理论构造服从原始样本的抽样函数,结合Bootstrap法生成大量服从抽样函数的随机数作为增广样本,再通过最佳线性不变估计法分析原始样本及增广样本得到Weibull分布双参数估计值作为可靠性评估结果。通过Monte-Carlo法仿真生成服从Weibull分布的随机数,分别采用该模型、配分布曲线法及现有Bayes理论对此随机数做评估,对比发现:该模型得到的参数估计较现有Bayes理论和配分布曲线法更接近Weibull双参数真值,且形状参数和尺度参数估计值的相对误差均低于10%,验证了模型分析小样本无失效数据进行可靠性评估的可行性。借助文献实例对模型进行分析,对比得出模型能得到较现有Bayes理论和配分布曲线法更符合工程实际的评估结果;模型在小样本情况下的双侧可靠度置信区间长度低于现有Bayes理论和配分布曲线法,有效提高了小样本无失效数据可靠性评估精度。      

民机结构细节疲劳敏感性分析（力学参量部分）

研究了力学量（Smax、DFR、K1）对结构细节疲劳性能的影响：给出了可甩于初步设计的分析曲线和相关结论。     

适用于全寿命范围的DFR分析方法研究

导出了在全寿命范围内的DFR值和其它疲劳参数之间的关系式：并在此基础上给出了疲劳强度分析方法：通过算例说明了所提出的方法和原DFR法之间的差异。     

MATLAB环境下的疲劳寿命分布检验及参数估计

利用MATLAB提供的功能函数,采用相关系数法,在MATLAB环境下来识别疲劳寿命分布类型,该方法简单易行,分析精度高;同时在分布检验过程中利用功能函数计算出了分布参数、安全寿命和绘制出概率图,增加了直观性和对比性,并解决了象Weibull这种复杂分布的检验和其三参数估计的难题.     

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。     

Detail fatigue rating method based on bimodal Weibull distribution for DED Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V titanium alloy

Previous studies have shown that the fatigue life distribution of metal materials fabricated with Additive Manufacturing(AM) methods, such as Direct Energy Deposited(DED) Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V alloys, exhibits two peaks. To promote the application of AM in aerospace and other engineering fields, developing a fatigue strength evaluation method suitable for AM materials based on their unique fatigue behaviours and fatigue life distributions is necessary. In this paper, a novel Detail Fatigue Rating(...     

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.      

某直升机主减速器传动系统的寿命与可靠性计算方法

通过对直升机典型任务剖面原始载荷数据谱进行统计处理,经三维有限元分析将所编系统载荷谱转化为齿轮应力谱;结合Goodman公式及材料P-S-N曲线(给定存活率下的疲劳寿命曲线)算出该系统各齿轮在各级载荷下的疲劳寿命,利用统计软件Minitab对寿命数据进行分析,得出齿轮的接触疲劳寿命服从两参数威布尔分布,根据威布尔分布的...     

用自助加权范数法评估三参数威布尔分布可靠性最优置信区间

提出自助加权范数法,以评估三参数威布尔分布可靠性的最优置信区间.基于可靠性经验值与理论值的差异,通过6个最小加权范数准则,构建出威布尔分布的最优参数信息向量.对最优参数信息向量进行自助再抽样,获得生成参数信息向量,用于模拟参数的概率密度函数.在给定置信水平下,求解出参数的估计真值及其置信区间,并据此建立可靠性的估计真值函数及其最优置信区间函数.滚动轴承性能寿命案例、直升机部件失效案例与某试件疲劳寿命案例的研究表明:使用自助加权范数法,估计真值函数与可靠性经验值相一致,最优置信区间函数能描述试验结果的真实状态.      

LY12CZ元件的静力和疲劳特性统计分布特征

 本文简单地介绍了可靠性数据处理时常用的正态分布和威布尔分布以及考虑结构疲劳危险细节数影响的构件额定值系数R_0。通过100多个试件的静力和疲劳试验,分析计算出铝合金LY_(12)CZ的静力和疲劳寿命统计参量值,验证了R_0系数计算方法的正确性,同时给出了标准差随试件数变化的规律。其结果可供飞机结构耐久性和损伤容限设计及可靠性设计时参考使用。     

民用航空发动机引气系统部件寿命建模

针对飞机维修工作中发动机引气系统故障率较高问题,以寿命数据分析为基础,运用威布尔分布模型定量评估航空发动机部件可靠性,建立了民用航空发动机引气系统部件可靠性寿命模型。以V2500发动机引气系统为例,收集了该系统的可靠性数据,分析了部件的非计划拆换情况。在数据计算过程中采用3参数威布尔分布模型对引气系统部件的寿命数据进行拟合。假设检验结果表明,在对部件进行寿命可靠性分析时,运用威布尔分布建立的数学模型符合客观规律,且能够取得良好的拟合效果。依据计算出的部件可靠性特征量对部件的可靠性状况进行定量评估,结果表明:在评估复杂机械电子系统的可靠性时,威布尔分布模型具有较大应用价值。     

零件疲劳平均失效率计算方法研究

失效率、平均失效率、平均剩余寿命决定了结构的寿命分布和可靠度,在机械产品的可靠性研究中具有非常重要的作用。基于可靠性度量的基本指标,推导寿命分布为两参数威布尔分布时疲劳可靠性系数与可靠度的关系,提出基于疲劳可靠性系数计算结构失效率和平均失效率的方法,并给出相应的计算过程,形成不同寿命度量指标下较为简便的计算方法。利用已有的整体搭接壁板结构疲劳寿命试验数据,采用本文所提方法与传统积分方法对整体搭接壁板结构进行疲劳平均失效率计算和误差分析。结果表明：所推导的计算公式形式简单,便于计算,且具有高度准确性,对机械结构的FMECA 以及维修决策的制定具有指导意义。     

国产材料疲劳寿命分布参数α的初步估计

 <正> The fatigue-tested data of home-made materials and simple structure data are collected, which consist of 488 groups of 2705 specimens for aluminum alloys ; 313 groups of 1798 specimens for alloy steels) 79 groups of 389 specimens for titanium alloys. The shape parameter a of two-parameter Weibull distribution is estimated with maximum-likelihood estimation method and the preliminary estimation of a is given. In this study, the estimated parameters of home-made materials coincide with the parameters of overseas materials and the parameters a suggested by the literature can be applied to home-made material, too. This work also studies the effects of stress concentration factor ranges of fatigue life and tensile strength of materials on the values of a.     

疲劳寿命分散系数的确定与应用研究

疲劳寿命分散系数是评估飞机结构疲劳寿命与航空发动机轮盘寿命试验的重要技术参数之一。阐述了国内外疲劳寿命分散系数研究的成果,针对工程中实际寿命分布问题中最常见的对数正态分布和威布尔分布的形式,给出了基于试验样本最差、中值、最好及第k试验寿命的分散系数表达式;重点分析总结对数正态分布标准差和威布尔分布中形状参数的选取,同应力多危险部位分散系数研究及其随应力的变化规律;通过2个例子分析了疲劳分散系数在轮盘低循环疲劳寿命工程计算中的应用,认为疲劳寿命分散系数应在不同温度和应变比,对数正态分布标准差,同应力多危险部位,3参数的威布尔分布,工程化应用等方面开展进一步研究。