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钛合金典型结构细节原始疲劳质量分析

刘潇然 孙秦

刘潇然, 孙秦. 钛合金典型结构细节原始疲劳质量分析[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(5): 816-820. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200112
引用本文: 刘潇然, 孙秦. 钛合金典型结构细节原始疲劳质量分析[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(5): 816-820. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200112
LIU Xiaoran, SUN Qin. Analysis of Initial Fatigue Quality for Representative Structure Detail of TC4[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(5): 816-820. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200112
Citation: LIU Xiaoran, SUN Qin. Analysis of Initial Fatigue Quality for Representative Structure Detail of TC4[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(5): 816-820. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200112

钛合金典型结构细节原始疲劳质量分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200112
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51375386

详细信息
    作者简介:

    刘潇然(1990-), 讲师, 博士, 研究方向为飞行器结构精细化设计, 285962796@qq.com

    通讯作者:

    孙秦, 教授, 博士生导师, sunqin@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: V215.5+2

Analysis of Initial Fatigue Quality for Representative Structure Detail of TC4

  • 摘要: 针对飞机结构中常用的钛合金典型结构细节,采用原始疲劳质量方法对其耐久性进行了分析。首先完成了钛合金典型结构细节在3个应力水平下的耐久性试验,通过疲劳断口判读补充了小裂纹扩展数据集,统计获得了各应力水平下的裂纹形成时间TTCI及通用当量初始缺陷尺寸EIFS的概率分布及特征参数。在此基础上,预测了典型结构细节95%可靠度疲劳寿命,并基于EIFS分布预测了95%可靠度的当量初始裂纹尺寸,结果表明该钛合金典型结构细节满足设计要求。
  • 图  1  单片双孔耐久性试件

    图  2  耐久性疲劳试验中的小裂纹检测照片

    图  3  疲劳条带标识图

    图  4  各应力水平下的a-t曲线

    图  5  通用EIFS分布原理图

    图  6  通用EIFS分布建立流程图

    表  1  3组试验应力水平

    高应力/MPa 中应力/MPa 低应力/MPa
    485.419 463.355 441.290
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    表  2  给定参考裂纹尺寸ar下计算出的TTCI数据表(中应力)

    断口编号 TTCI(k)/fh
    ar=0.35 mm ar=0.65 mm ar=0.95 mm ar=1.25 mm ar=1.55 mm ar=1.85 mm ar=2.15 mm
    1(31020) 19 746.22 20 013.35 20 501.79 20 762.54 21 004.15 21 138.19 21 413.49
    2(31021) 12 673.61 13 575.11 13 972.85 14 455.69 14 952.70 15 309.42 15 632.05
    3(31022) 11 534.79 12 362.99 12 766.88 13 631.23 14 364.82 14 931.95 15 473.45
    4(31023) 20 369.55 21 463.12 22 052.39 22 560.80 23 383.33 23 550.87 23 775.01
    5(31024) 12 560.46 14 125.69 14 685.94 14 862.04 15 446.96 15 810.33 15 991.27
    TTCI均值 15 376.93 16 308.05 16 795.97 17 254.46 17 830.39 18 148.15 18 457.05
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    表  3  3组应力水平下TTCI分布参数

    σ/MPa Q α β ε
    485.419 5.347×10-4 4.205 13 279.402 1 251.896
    463.355 5.828×10-4 3.247 18 093.428 1 148.678
    441.290 3.093×10-4 3.213 20 842.969 2 164.387
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    表  4  优化后通用EIFS分布参数

    ar xu α
    0.89 0.78 4.259 5 6.906 5
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    表  5  预测寿命结果

    ar/mm σ/MPa TR/fh TMIN/fh TAVE/fh
    485.419 5 398.91 10 150.68 12 084.42
    0.65 463.355 7 071.76 12 362.99 16 308.05
    441.290 9 385.87 12 929.07 18 649.93
    485.419 6 483.02 10 718.89 13 355.05
    1.25 463.355 8 491.78 13 631.23 17 254.46
    441.290 11 270.57 14 049.53 20 735.20
    485.419 7 132.97 10 937.23 14 095.52
    1.85 463.355 9 343.11 14 931.95 18 148.15
    441.290 12 400.49 15 205.25 22 135.03
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2019-12-05
  • 刊出日期:  2021-05-01

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