摘要:关键飞机结构是承重构件,是任何飞机的重要组成部分。疲劳载荷、操作条件和环境恶化的影响导致机身的结构完整性需要评估其适航性要求。使用安全寿命的疲劳设计概念,RMAF 采用飞机结构完整性程序 (ASIP) 来监控其关键部件的结构完整性。RMAF 使用飞机关键结构的工程分析概念制作了任务卡。使用了各种计算机辅助工程 (CAE) 方法,对于此分析,使用裂纹扩展预测方法来确定裂纹扩展行为及其在发生任何裂纹时的最终失效点。虽然有六个关键位置,但选择了机翼根部,因为它最有可能出现疲劳失效。讨论的分析方法是裂纹扩展分析和低周疲劳。对于数值方法,使用 NX Nastran 模拟裂纹扩展。裂纹扩展分析的结果通过数值结果进行了验证。结论是,根据疲劳寿命循环,机翼根部结构状态不会受到严重损伤,无论是通孔还是贯穿侧裂纹,其失效时间都约为30至100年。因此,其结构寿命可以延长。研究成果将对延长飞机机翼的结构寿命产生重要影响。
对于损伤容限设计 [1] 来说,疲劳和腐蚀是航空工业 [2] 中两个主要故障原因。激光冲击喷丸 (LSP) 是一种表面处理技术,可在易受疲劳现象影响的关键区域引入具有较大穿透深度的压缩残余应力。这些压缩残余应力可能导致疲劳裂纹扩展 (FCP) 延缓,如由 AA2024-T3 [3] 组成的 M(T) 试样或搅拌摩擦焊接的 AA7075-T7351 [4] 所示。然而,压缩残余应力的产生总是会导致结构内的拉伸残余应力以保持应力平衡。这些拉伸残余应力可能会导致 FCP 速率加速。因此,准确了解施加的残余应力场并预测由此产生的 FCP 速率对于保证有效且优化地应用 LSP 是必要的。 FCP 模拟中常用的一种策略是计算疲劳载荷循环的最小和最大应力强度因子,并将这些应力强度因子用作 FCP 方程的输入 [5–8] 。所应用的 FCP 方程将裂纹尖端的应力强度因子与 FCP 速率联系起来。这项工作应用了 Paris 和 Erdogan [9] 开发的第一个 FCP 方程、Walker 方程 [10] ,例如,该方程在激光加热引起的残余应力场中成功应用 [11] ,以及 NASGRO 方程 [12] ,该方程现在
与镍钛诺(一种名义上的镍和钛的等原子合金)的高周疲劳相关的一个有争议的问题是,有人声称增加施加的平均应变可以增加疲劳寿命,或者至少不会对疲劳寿命产生负面影响,这与绝大多数其他金属材料的报告行为相冲突。为了进一步研究这一点,在 37°C 下对电解抛光医用级镍钛诺进行了弯曲循环疲劳试验,寿命高达 4 亿次应变循环,涉及不同水平的平均应变。通过对疲劳数据的统计分析,开发了一个恒定寿命模型,在有效疲劳应变的 95% 置信水平下具有 90% 的可靠性。我们的结果表明,恒定寿命图(应变幅与平均应变的关系图)对于 4 亿次疲劳载荷循环寿命是单调但非线性的。具体而言,我们发现,与上述说法相反,在零平均应变下,应变幅度极限为 0.55%,以实现 4 亿次循环寿命,可靠性为 90%,置信度为 95%;然而,要在平均应变为 3% 或更高的情况下实现相同的寿命、可靠性和置信度水平,所需的应变幅度极限会降低三倍以上,降至 0.16%。此外,对于平均应变从 3% 到 7% 的情况,在可靠性为 90% 且置信度为 95% 的情况下,允许 4 亿次循环寿命的应变幅度极限约为 0.16%,
对于损伤容错设计 [1] 来说,疲劳和腐蚀是航空工业 [2] 中两个主要故障原因。激光冲击喷丸 (LSP) 是一种表面处理技术,可在易受疲劳现象影响的关键区域引入具有较大穿透深度的压缩残余应力。这些压缩残余应力可能导致疲劳裂纹扩展 (FCP) 延缓,如由 AA2024-T3 [3] 组成的 M(T) 试样或搅拌摩擦焊接的 AA7075-T7351 [4] 所示。然而,压缩残余应力的产生总是会导致结构内的拉伸残余应力以保持应力平衡。这些拉伸残余应力可能会导致 FCP 速率加速。因此,准确了解施加的残余应力场并预测由此产生的 FCP 速率对于保证有效和优化地应用 LSP 是必要的。 FCP 模拟中经常采用的一种策略是计算疲劳载荷循环的最小和最大应力强度因子,并使用这些应力强度因子作为 FCP 方程的输入[5–8]。所应用的 FCP 方程将裂纹尖端的应力强度因子与 FCP 速率联系起来。这项工作应用了 Paris 和 Erdogan [9] 开发的第一个 FCP 方程、Walker 方程 [10],例如,该方程成功应用于激光加热引起的残余应力场 [11],以及 NASGRO 方程 [12],该方程现在经常用于预测 FCP 速率 [5–7]。不同的 FCP 方程具有不同的计算精度和不同的计算效率。
2.1 加拿大和美国的经济在很大程度上依赖于进出口,而进出口大部分是通过船舶运输的。因此,船舶的性能和安全对其整体经济至关重要。这些船舶承受各种结构载荷,包括波浪作用引起的疲劳载荷,还可能因与冰和其他物体碰撞而承受冲击载荷,此外还有船舶自重和所载人员和货物重量产生的服务载荷。此外,如果这些船舶在北大西洋和太平洋以及北冰洋航行,它们可能会经受寒冷天气。气候变化使北冰洋部分地区在更长的航运季节内可以航行。因此,如今,更多的商业货船在北极水域航行,夏季也有少量游艇航行。预计在不久的将来,将有更多的商业船舶、游艇和沿海巡逻船穿越西北航道,航行时间会更长。因此,我们脑海中自然而然地浮现出一个问题:“航行于北冰洋西北航道的船舶将面临哪些挑战?”例如,北极船舶在西北航道面临的众多危险之一就是北极岛屿解体释放的重冰。北极船舶可能还需要面对许多其他未知和已知的威胁和挑战。因此,该项目旨在进行范围界定研究,旨在确定船舶在北冰洋航行时需要面对的结构行为方面的各种挑战和问题。
摘要:纤维增强聚合物复合材料由于其高刚度,正在成为传统金属材料修复和替代中的重要且方便的材料。复合材料在其使用寿命期间会承受不同类型的疲劳载荷。增强纤维增强聚合物复合材料在疲劳应力下的设计方法和预测模型的动力依赖于更精确和可靠的疲劳寿命评估技术。在拉伸-拉伸疲劳场景中研究了纤维体积分数和应力水平对玻璃纤维增强聚酯 (GFRP) 复合材料疲劳性能的影响。本研究的纤维体积分数设置为:20%、35% 和 50%。使用万能试验机对样品进行拉伸试验,并使用四种不同的预测模型验证杨氏模量。为了确定复合材料的失效模式和疲劳寿命,对聚酯基 GFRP 样品在五个应力水平下进行了评估,这五个应力水平分别为最大拉伸应力的 75%、65%、50%、40% 和 25%,直到发生断裂或达到五百万次疲劳循环。实验结果表明,玻璃纤维增强聚酯样品在高施加应力水平下发生纯拉伸失效,而在低应力水平下,失效模式受应力水平控制。最后,利用不同体积分数的 GFRP 复合材料样品的实验结果进行模型验证和比较,结果表明,所提出的框架在拉伸-拉伸疲劳状态下预测疲劳寿命与实验疲劳寿命具有可接受的相关性。
本文主要研究循环波形、频率 (f)、载荷水平和微观结构对 da/dN 与 ΔK 对数-对数图中巴黎地区现代正火轧制 (NR) 和热机械控制工艺 (TMCP) 铁素体-珠光体钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率 (CFCGR) 的敏感性。在频率为 0.2 Hz、0.3 Hz 和 0.5 Hz 以及应力比为 0.1 的情况下使用恒幅正弦波 (si) 和梯形波形(本文中通常称为保持时间 (h-t))。还比较了海水 (SW) 中 si 和 h-t 下 S355 TMCP 钢中的裂纹路径。还讨论了微观结构在延缓或加速 SW 中疲劳裂纹扩展中的作用。实验结果表明,在所有检查的载荷水平和频率下,与 si 相对应的 CFCGR 都高于 h-t 的 CFCGR。观察发现,f 和疲劳载荷水平的降低会增加 h-t 的 CFCGR,但对 si 几乎没有影响。通常,0.2–0.5 Hz 范围内的 f 影响很小;对于给定的 f,载荷的增加会导致 CFCGR 降低,在巴黎地区 (PR) 中,对于 SW 中的 si 和 h-t 都是如此。在 si 和 h-t 下,TMCP 钢(例如 S355G8 + M、S355G10 + M)的 CFCGR 低于正火钢(例如 S355J2 + N)。对腐蚀疲劳试样断裂表面的冶金分析表明,主活性裂纹尖端钝化过程是控制的主要因素
摘要:天然橡胶已在海洋环境中成功使用多年。然而,大多数应用涉及低动态载荷。由于海洋能量回收的出现,波浪和潮汐能转换器正在开发中。在一些这样的装置中,橡胶受到严重的循环载荷,与它们以前在空气或水中的使用非常不同。因此,这种橡胶必须适合在高疲劳载荷的海水中长期使用。本文介绍了一项使用新型疲劳机的研究,该研究可以将橡胶在海水中的疲劳行为与在空气中的疲劳行为进行比较。结果表明,当天然橡胶在海水中使用时,非松弛条件对其疲劳寿命的益处会显著降低,尤其是在最小应变与最大应变之比 R = 0.2 时。为了理解这一新结果,研究了疲劳循环过程中抗氧化剂和最小应变的影响。发现抗氧化剂的影响在海水和空气中是相同的,即稳定剂水平的增加会导致疲劳寿命的增加,因此看来抗氧化剂的浸出并不是海水中疲劳寿命减少的根源。值得注意的是,当天然橡胶在海水中完全松弛循环中使用时,不会发生这种失效循环次数的减少,这表明应变诱导结晶(非松弛循环对抗疲劳性的有益影响的原因)可能会受到海水的不利影响,此时最小应变与最大应变之比 R 等于 0.2。亮点
电线定向能量沉积(DED),也称为电线 - 弧形添加剂制造(WAAM),是一种金属3D打印技术,以其高效率,成本效益,构建量表的灵活性以及对建筑行业的适用性而闻名。但是,仍然缺乏有关WAAM元素结构性表现的基本数据,尤其是关于其疲劳行为的基本数据。因此,已经进行了对WAAM钢板疲劳行为的全面实验研究,并在此报告。在几何,机械和微观结构表征之后,在单轴高周期疲劳载荷下测试了一系列WAAM优惠券。已经进行了涵盖各种应力范围和应力比(r = 0.1、0.2、0.3和0.4)的正式和加工息票的75次疲劳测试。数值模拟也研究了由其表面起伏引起的局部应力浓度。使用恒定寿命图(CLD)和S -n(应激寿命)di agrams分析疲劳测试结果,该结果基于标称和局部应力。CLDS表明,未建造的WAAM钢的疲劳强度对不同的应力比相对不敏感。S -n图显示,相对于机械加工材料,在疲劳耐力限制的疲劳耐力极限中,表面起伏的降低约为35%,在同一负载水平下疲劳寿命减少了约60%。还为WAAM钢提出了基于标称应力的初步压力和基于局部应力的S-N曲线。表明,AS建造和加工的WAAM优惠券分别表现出与常规钢对接焊缝和S355结构钢板的相似疲劳行为。
摘要:纤维增强聚合物复合材料由于其高刚度,正在成为传统金属材料修复和替代中的重要且方便的材料。复合材料在其使用寿命期间会承受不同类型的疲劳载荷。增强纤维增强聚合物复合材料在疲劳应力下的设计方法和预测模型的动力依赖于更精确和可靠的疲劳寿命评估技术。在拉伸-拉伸疲劳场景中研究了纤维体积分数和应力水平对玻璃纤维增强聚酯 (GFRP) 复合材料疲劳性能的影响。本研究的纤维体积分数设置为:20%、35% 和 50%。使用万能试验机对样品进行拉伸试验,并使用四种不同的预测模型验证杨氏模量。为了确定复合材料的失效模式和疲劳寿命,对聚酯基 GFRP 样品在五个应力水平下进行了评估,这五个应力水平分别为最大拉伸应力的 75%、65%、50%、40% 和 25%,直到发生断裂或达到五百万次疲劳循环。实验结果表明,玻璃纤维增强聚酯样品在高施加应力水平下发生纯拉伸失效,而在低应力水平下,失效模式受应力水平控制。最后,利用不同体积分数的 GFRP 复合材料样品的实验结果进行模型验证和比较,结果表明,所提出的框架在拉伸-拉伸疲劳状态下预测疲劳寿命与实验疲劳寿命具有可接受的相关性。