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基于权函数法的应力强度因子计算和断裂评估

航空动力学报 2018年第8期33卷 1886-1895页

作者：樊俊铃中国航空工业集团有限公司中国飞机强度研究所西安710065

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... 详细信息

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。

关键词：权函数应力强度因子裂纹面张开位移旋转叶片断裂韧性

基于Gerber模型的DFR法与结构细节效应

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航空材料学报 2016年第2期36卷 80-86页

作者：樊俊铃中国飞机强度研究所西安710065

在实际工程应用中,基于Goodman模型估算结构细节疲劳额定强度(DFR)的方法偏于保守,不够经济。本工作推导基于Gerber模型的DFR值D(应力比R=0.06)的计算公式,引入细节效应系数以考虑多细节对置信度系数和D估算结果的影响;与已有结果的比... 详细信息

在实际工程应用中,基于Goodman模型估算结构细节疲劳额定强度(DFR)的方法偏于保守,不够经济。本工作推导基于Gerber模型的DFR值D(应力比R=0.06)的计算公式,引入细节效应系数以考虑多细节对置信度系数和D估算结果的影响;与已有结果的比较发现:基于Gerber模型的D的估算方法能够较大程度地发挥材料的潜能,降低研发成本。利用构件细节额定值系数法,通过单个细节结构的D估算了含多个细节的结构的D。估算结果与试验结果的比较验证了基于Gerber模型的DFR法的准确性和适用性。

关键词： Goodman模型 Gerber模型细节疲劳额定值细节效应疲劳额定系数

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弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

机械工程学报 2015年第10期51卷 33-40页

作者：樊俊铃郭杏林大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试... 详细信息

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示,疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/d N、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。

关键词：疲劳裂纹内聚单元裂纹扩展速率应力强度因子

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FV520B钢十字焊接接头的疲劳性能

材料热处理学报 2012年第7期33卷 76-81页

作者：樊俊铃郭杏林吴承伟邓德伟大连理工大学工程力学系辽宁大连116024 大连理工大学材料工程系辽宁大连116024

用金相显微镜和扫描电镜观察了FV520B钢焊接接头母材、焊缝及热影响区的微观组织;并通过透射电镜给出了母材和焊缝的微观形貌。结果表明:母材组织为细小均匀的回火马氏体、弥散分布的析出相及高密度位错,而焊缝为粗大的板条马氏体及少... 详细信息

用金相显微镜和扫描电镜观察了FV520B钢焊接接头母材、焊缝及热影响区的微观组织;并通过透射电镜给出了母材和焊缝的微观形貌。结果表明:母材组织为细小均匀的回火马氏体、弥散分布的析出相及高密度位错,而焊缝为粗大的板条马氏体及少量的析出相,说明母材力学性能优于焊缝。利用疲劳实验获得了高平均拉应力下接头的疲劳强度及S-N曲线等。通过对疲劳断口的观察,发现疲劳断裂主要有两种形式:破坏于焊趾处和焊接缺陷处,由于这里严重的应力集中,加速了疲劳裂纹的萌生。

关键词： FV520B钢焊接接头疲劳特性微观组织疲劳机理

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热处理对FV520B钢疲劳性能的影响

材料研究学报 2012年第1期26卷 61-67页

作者：樊俊铃郭杏林吴承伟邓德伟大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 大连理工大学材料科学与工程学院大连116024

用红外热像法监测交变载荷下试件表面的温升变化规律,快速确定FV520B原材料和热处理材料的疲劳强度,研究了热处理对FV520B不锈钢组织和力学性能的影响。将疲劳试验过程中的试件表面的温度变化与材料内部微观结构的演化相联系,以分析疲... 详细信息

用红外热像法监测交变载荷下试件表面的温升变化规律,快速确定FV520B原材料和热处理材料的疲劳强度,研究了热处理对FV520B不锈钢组织和力学性能的影响。将疲劳试验过程中的试件表面的温度变化与材料内部微观结构的演化相联系,以分析疲劳损伤状态,进行安全性评估。金相观测发现,FV520B钢力学性能的提高是回火马氏体和基体中均匀弥散分布的第二相颗粒共同作用的结果。扫描电子显微镜对疲劳断口形貌特征的观察发现,疲劳裂纹萌生于试件表面棱角上位向有利的晶粒处。

关键词：金属材料 FV520B马氏体不锈钢红外热像法疲劳极限微观组织

基于PSO-SVR的非均质涂层组织均匀性超声表征

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中国表面工程 2022年第6期35卷 222-231页

作者：张伟林莉樊俊铃马志远中国飞机强度研究所西安710065 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 大连理工大学材料科学与工程学院大连116024

针对非均质涂层组织均匀性超声衰减法表征中存在的非线性和不适定问题,提出一种基于多尺度超声衰减系数的粒子群优化-支持向量回归(PSO-SVR)表征方法。基于非均质材料中超声波散射的“多尺度效应”,利用连续小波变换获得涂层的多尺度超... 详细信息

针对非均质涂层组织均匀性超声衰减法表征中存在的非线性和不适定问题,提出一种基于多尺度超声衰减系数的粒子群优化-支持向量回归(PSO-SVR)表征方法。基于非均质材料中超声波散射的“多尺度效应”,利用连续小波变换获得涂层的多尺度超声衰减系数,使涂层在不同频带范围内的超声响应得到充分提取。以多尺度衰减系数作为输入向量,借助SVR在小样本条件下优异的数据挖掘和自动学习能力,实现多因素耦合约束下涂层组织均匀性信息的有效解耦,并引入粒子群优化和交互检验技术对SVR关键超参数进行全局优选。采用该模型对铝硅聚苯酯封严涂层的组织均匀性进行预测,结果表明,涂层分布均匀性长度模型预测值与显微CT原位标定值间的决定系数R^(2)和均方误差MSE分别为0.834和0.824,与反向传播算法(BP)、径向基神经网络(RBF)和广义回归神经网络(GRNN)等人工神经网络模型相比,PSO-SVR模型在小样本条件下具有更好的泛化能力和更高的预测精度。研究结果为非均质材料组织均匀性的定量无损表征提供了新的研究思路。

关键词：非均质涂层组织均匀性多尺度超声衰减系数粒子群优化支持向量回归

基于固有耗散的FV520B钢高周疲劳性能研究

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金属学报 2015年第4期51卷 400-406页

作者：郭强郭杏林樊俊铃吴承伟大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 中国飞机强度研究所西安710065

基于固有耗散理论和计算模型,对FV520B钢的高周疲劳性能进行了较为系统的实验研究.结果表明,随着施加的交变应力幅的增大,FV520B钢的固有耗散也不断增大.其变化规律的拐点对应于固有耗散产生机制的转变,从单纯地由材料微结构的可逆运动... 详细信息

基于固有耗散理论和计算模型,对FV520B钢的高周疲劳性能进行了较为系统的实验研究.结果表明,随着施加的交变应力幅的增大,FV520B钢的固有耗散也不断增大.其变化规律的拐点对应于固有耗散产生机制的转变,从单纯地由材料微结构的可逆运动(位错线在强钉扎点之间的摆动)引起,到由材料微结构的可逆运动和不可逆运动(永久滑移的产生、强钉扎点的脱钉以及位错的增殖)共同引起.并且,固有耗散拐点的应力幅值就是导致材料疲劳损伤累积的临界应力幅值,即疲劳极限.另外,实验还表明,FV520B钢在等幅交变应力下具有相对稳定的损伤演化速率,且损伤演化速率由应力幅值决定,与加载次序无关;每一周加载造成的疲劳损伤也不受加载频率的影响.当FV520B钢在疲劳过程中累积的与微结构不可逆演化相关的固有耗散部分达到一个临界值时,材料即发生疲劳断裂,且这个临界值是一个与加载历史无关的材料常数.

关键词： FV520B钢固有耗散高周疲劳微结构运动

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任意构型传声器阵列声源定位方法

西安交通大学学报 2020年第4期54卷 186-192页

作者：贺谦韩凯冯建民樊俊铃中国飞机强度研究所西安710068 全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710068

针对飞机结构静力/疲劳试验中,通过准确定位结构异常声响及时发现结构损伤的实际需求,结合试验现场设备多、环境复杂的特点,提出了考虑复杂应用环境的任意构型传声器阵列声源定位方法。该方法首先通过任意布设传声器获取已知坐标的声源... 详细信息

针对飞机结构静力/疲劳试验中,通过准确定位结构异常声响及时发现结构损伤的实际需求,结合试验现场设备多、环境复杂的特点,提出了考虑复杂应用环境的任意构型传声器阵列声源定位方法。该方法首先通过任意布设传声器获取已知坐标的声源信号,建立传声器坐标标定方程组,采用优化算法进行方程组求解,确定任意布设传声器的空间坐标;随后,将广义互相关法和信号端点检测法相结合计算不同传声器之间的时差,实现声源定位。在此基础上,建立了一套声源定位流程。对该方法进行了试验验证,结果表明:该方法能够在传声器任意布设的情况下,实现声源的空间定位;传声器的空间坐标标定误差为毫米级,声源定位误差为厘米级,达到了飞机结构静力/疲劳试验中异常声源定位的精度要求;与现有的声源定位方法相比,该方法能够实现根据试验现场具体情况任意布设传声器,更加适用于飞机结构静力/疲劳试验复杂环境下的异常声响定位。

关键词：声源定位传声器阵列任意构型静力试验疲劳试验

FV520B不锈钢角焊缝接头的组织和断裂机理

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材料工程 2013年第7期41卷 1-5,91页

作者：樊俊铃郭杏林吴承伟大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

通过对焊接接头疲劳断口的观察研究,讨论了控制接头疲劳失效的疲劳机理。实验研究了焊接接头的母材、焊缝及热影响区的微观组织形态。结果发现:母材组织为细小均匀的板条马氏体及弥散分布的第二相粒子,而焊缝区为粗大的板条马氏体及少... 详细信息

通过对焊接接头疲劳断口的观察研究,讨论了控制接头疲劳失效的疲劳机理。实验研究了焊接接头的母材、焊缝及热影响区的微观组织形态。结果发现:母材组织为细小均匀的板条马氏体及弥散分布的第二相粒子,而焊缝区为粗大的板条马氏体及少量的第二相颗粒。组织特征的区别证明母材综合力学性能优于焊缝。

关键词：疲劳角焊缝接头疲劳断口马氏体第二相粒子