多位置損傷結構疲勞壽命的試驗探析論文

　　所謂結構疲勞損傷，是指由於重複荷載作用而引起的結構材料效能衰減的過程，也就是通常所說的疲勞裂紋的發生、發展、形成巨集觀裂紋、發生破壞的全過程。疲勞損傷與普通損傷的最大區別在於隨著荷載迴圈次數的增加，疲勞中的損傷存在一個累積的過程。以下是小編今天為大家精心準備的：多位置損傷結構疲勞壽命的試驗探析相關文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　多位置損傷結構疲勞壽命的試驗探析全文如下：

　　引言

　　隨著飛機使用年限的增加，搭接板*** 殼*** 結構中的裂紋隨機分佈於一排共線鉚釘孔的邊緣，這便構成了飛機結構中典型的多部位損傷*** MSD*** 的幾何特徵。這種結構會對飛機的結構安全性形成極大威脅，因此認識其發展變化規律有著十分重要的意義。

　　計算疲勞裂紋擴充套件的方法通常有理論方法、模擬方法和試驗方法。在利用理論方法計算MSD 裂紋的疲勞擴充套件壽命時，通常需要先計算裂紋的應力強度因子，由於MSD 結構複雜且通常具有多個疲勞源，因此利用解析法計算MSD 結構應力強度因子具有一定的難度。隨著有限元軟體的發展，運用有限元方法對MSD 裂紋的疲勞擴充套件進行模擬求解成為了一種較新穎的嘗試。但ANSYS、ABAQUS、NASTRA 等大型有限元軟體在對疲勞裂紋問題進行計算時往往需要進行十分複雜的流程操作，因而在實際應用上或多或少也受到了一定的侷限。

　　本文采用試驗方法對含MSD 某型飛機典型鉚接壁板進行分析。通過觀察板上各孔邊裂紋的裂紋擴充套件現象，記錄其裂紋擴充套件壽命，總結出典型MSD 結構的裂紋擴充套件規律。

　　1 試驗過程

　　1. 1 研究物件與結構模型

　　選取飛機典型鉚接壁板結構模擬件—有限共線5孔邊對稱裂紋結構進行試驗。

　　壁板各孔邊兩側線切割1mm 預製切口，壁板的線切割位置及尺寸。模擬件壁板採用2mm 厚2024-T62 鋁合金薄板，其斷裂韌KΙc = 50MPa·槡m ，抗拉強度σb = 455MPa，屈服強度σp0. 2 =414MPa，彈性模量E = 71. 4GPa，泊松比μ = 0. 3。

　　試驗結構模擬件共2 件，編號為SY1 和SY2。在空氣環境中進行預腐蝕、疲勞起裂和疲勞擴充套件試驗。

　　1. 2 試驗方案

　　採用PLS-100 電液伺服疲勞實驗機進行模擬件在試驗環境下的疲勞起裂和裂紋擴充套件試驗，其靜載荷誤差在1%以內，動載誤差在3%以內。採用專用夾具對試樣進行夾持。採用寬範圍顯微鏡觀測記錄孔邊裂紋萌生情況和擴充套件資料。

　　疲勞起裂和裂紋擴充套件試驗步驟如下:

　　*** 1*** 安裝試樣;

　　*** 2*** 按載荷水平進行疲勞起裂試驗，R =0. 06，頻率5Hz。每隔5000 次觀測孔邊是否萌生裂紋。當孔邊切口處萌生平均長度約1mm 的裂紋時，進行裂紋擴充套件試驗;

　　*** 3*** 按載荷水平進行裂紋擴充套件試驗，平均每擴充套件約0. 5mm，採用寬範圍顯微鏡記錄所有孔邊裂紋擴充套件a - N 資料;

　　*** 4*** 直至裂紋貫通，隨後試件斷裂，停止試驗。

　　2 試驗結果與分析

　　對試驗件原始裂紋擴充套件資料進行處理*** 不計疲勞起裂次數，裂紋長度為裂尖至孔邊距離，孔序號由左至右為1 ～ 5***。

　　除去起裂迴圈次數後，對於試件SY1，迴圈至56005 次，孔4 右和孔5 左貫通; 迴圈至56039 次，孔3右和孔4 左貫通，隨後試件斷裂。對於試件SY2，迴圈至59302 次，試件發生斷裂。

　　通過分析裂紋擴充套件資料，可以得到:

　　*** 1*** 對於試件的結構而言，孔1 ～ 孔5 的所有裂紋在裂紋擴充套件初期有著近乎一致的裂紋擴充套件特性。因為此時裂紋主要受到來自起裂孔的影響，相同的起裂孔結構及裂紋分佈導致了這一現象的產生。

　　*** 2*** 隨著裂紋擴充套件，十條裂紋的裂紋擴充套件情況有所差異，其中孔3 左右兩側裂紋的裂紋擴充套件速度快於其他孔邊裂紋。因為在這一階段，裂紋不僅受到起裂孔的影響還受到其他孔以及有限板邊界的影響。每條裂紋受到影響的具體來源和大小均有所不同，但顯然，孔3 左右兩側裂紋受到的總的影響最大。

　　*** 3*** 隨著裂紋擴充套件，鄰近孔*** 或者有限板邊界*** 對裂紋的影響逐漸增大。當這種影響成為主導時，孔邊裂紋的裂紋擴充套件速度便有了較快的增長，當裂紋擴充套件到一定程度，則發生了裂紋的貫通，致使結構損壞。

　　3 結論

　　在典型MSD 損傷模式下，影響裂紋擴充套件和疲勞壽命的主要因素有兩個:

　　①來自於孔自身的應力集中的影響，這種影響主要表現在孔邊裂紋擴充套件初期即短裂紋時期，它是任何孔邊裂紋都具有的特性，而並非MSD 裂紋所特有的性質;

　　②來自裂紋間的相互干涉，這種影響主要發生在孔邊裂紋擴充套件中後期即中長裂紋時期，它能夠真正反映MSD 裂紋的特有性質。

　　裂紋擴充套件到一定長度後，孔自身的影響很快衰減，而鄰孔、鄰近裂紋、淨截面應力升高及邊界影響增強，此時裂紋擴充套件開始有所差異。當裂紋與鄰近裂紋的距離接近孔間距的40%時，裂紋與鄰近裂紋將開始產生嚴重干涉。此時若不考慮裂紋間的相互影響將會引致危險的後果。