寿命系数定寿的原理和方法

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1、航空学报AclaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252016VoI．37No．2404．410lSSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxbbuaa．educnhkxb固》buaaedu．cn寿命系数定寿的原理和方法张福泽*空军装备研究院航空装备研究所，北京100076摘要：通过对疲劳载荷谱损伤值的研究，发现金属材料的疲劳寿命与疲劳试验载荷谱损伤值成线性关系，即金属材料的疲劳寿命随疲劳试验载荷谱的轻重成线性关系。由此规律推导出寿命系数，通过寿命系数可以降低全尺构件的疲劳试验时间。根据已有的疲劳试验

2、数据研究的寿命系数值显示，在平均谱(疲劳损伤值为50％)基础上加重至58．33％损伤谱可降低全尺寸疲劳试验时间1l％，75％损伤谱可降低36％，91．5％损伤谱可降低51％。由此得出：为了减少全尺疲劳试验时间，可以用加重载荷谱进行全尺寸疲劳试验，获得重谱下的寿命，再利用样件的寿命系数将其还原到平均谱下的平均寿命，然后用规范规定的疲劳分散系数除以平均寿命，给出使用寿命。这样既实现了减少疲劳试验时间的目的，又不违背规范规定的疲劳分散数值，使飞机定寿既经济又可靠。关键词：疲劳寿命；疲劳损伤；寿命系数；平均载荷谱；重谱中图分类号：V215．5文献标识码：A文章编号

3、：1000—6893(2016)02一0404—07众所周知，全尺寸疲劳试验是一项既费时又费钱的工程，如大型运输机的全机疲劳试验要进行12万～24万飞行小时，疲劳试验时间约5～10年，耗资几千万到上亿元人民币。为此，各国“疲劳界”一直在努力寻找解决这个难题的方法，遗憾的是，至今仍没有找到公认有效的方法。美国在《联合使用规范指南(JSSG一2006)》[11中规定：用平均谱进行疲劳试验时，试验时间是4倍使用寿命(3倍裂纹形成寿命，1倍裂纹扩展寿命)；用重谱进行疲劳试验时，试验时间由原来的使用寿命4倍降至2倍。中国在《军用飞机结构强度规范(GJB67．6A一2

4、008)》[2]中也如此规定。按“GJB67．6—85”规范理解，用重谱试验可降低2倍的疲劳分散系数。这样规定的原因是什么?至今各国尚未给出合理的解释。为了探讨上述问题，笔者在文献[3]中，对平均谱和重谱如何影响疲劳分散性的问题进行了深入研究。研究的结论是：在使用载荷下的重谱能降低寿命而不能降低疲劳分散系数。即在使用载荷下，平均谱的疲劳寿命比重谱长，二者的疲劳分散系数相等。这说明在使用载荷下，重谱不能降低疲劳分散系数。由此引起人们对重谱进行疲劳试验可降低试验时间产生疑义。为解决这些问题，本文进行如下研究。1研究的总体思路文献[3]通过论证和试验验证，证明在

5、使用载荷下，用重谱进行疲劳试验，可降低试验寿命，减少试验时间，但分散系数与用平均谱试验的分散系数是相等的。这就是说，重谱不能降低分散系数，用重谱试验仍需用平均谱的分散系数，这显然与文献[1]和文献[2]这2部规范规定的内容相悖。目前，国内外现行规范中的疲劳分散系数取收稿日期：2015．09．30；退修日期：2015-10一29；录用日期：2015-12．06；网络出版时间：2015—12—2215：00网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／deta¨／11．1929V20151222150000BhtmI*通讯作者Tel：010—66713310E

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7、：zhangfuzema¨@sina．com弓l甩格武t张福泽寿命系数定寿的艰理和方法[Jj．航空学报。2016．37(2)：404410jzHANGFZ．Theoryandmet№dofdetermination

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9、{fefactof[J]．ActaAeronauticae{Aslrona“icasInica．2016．37(2)：404—410．张福泽：寿命系数定寿的原理和方法值都是平均谱下寿命的分散系数值降5

10、。为了获得用重谱试验可减少试验时间的优势，又能用上平均谱下寿命的分散系数，本文研究出一种“寿命系数定寿法”来解决这个国际难

11、题。2寿命系数定寿法的理论依据2．1金属材料的疲劳寿命是试验谱损伤的函数1982年文献[6]和1985年文献[7]通过推导^给出最简化的寿命A与谱损伤∑s了咒i的类比计t—l算公式为女女’A∑s，咒。一A7∑s：”卵：(1)t=lf=l^’．^即A／A7一∑s：”n：／∑s?竹：(2)式中：s。和s：为2个谱块中的第i级应力；扎，和咒：为2个谱块中的第i级应力加载次数；A和A7为2个谱块在试验中的循环周数(寿命)；忌和志7为2^个谱块的应力级别数；m为材料常数；∑s，n。和J=1女7∑5：”行：为2个谱块各自的损伤值。式(2)表示金属材料在2种谱载荷作用下

12、，寿命比A／A7与谱块损伤比的函数关系，即金属材料的疲劳寿命是试验