使用载荷下的重谱能降低寿命不能降低疲劳分散系数

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1、航空学报Aug．252013VoI．34No．81892-1897ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa。edu．cnhkxb@buaa．edu．cndoi：lO．7527／S1000一6893．2013．0066使用载荷下的重谱能降低寿命不能降低疲劳分散系数张福泽*北京航空工程技术研究中心，北京100076摘要：本文在研究试验应力与疲劳分散系数分布规律的基础上，进一步研究给出：在使用载荷下高损伤的重谱可降低寿命，但不能降低疲劳分散系数的结论。这一研究结论与我国2010年新颁布的飞机

2、结构强度规范规定的重谱可比平均谱取低一半的疲劳分散系数(从4降到2)相悖。为了验证这一研究结论的正确性，本文找到了在使用载荷下的重谱和平均谱的5种不同材料、不同结构模拟件的试验数据，用这些试验数据验证了本研究结论的正确性。关键词：重谱；基准谱；疲劳试验寿命；疲劳分散系数；疲劳损伤中图分类号：V215．5文献标识码：A文章编号：1000一6893(2013)08—1892一06我国2010年颁布的新的军用飞机强度规范Ⅲ，有些内容是参考相关规范口3编写的。其中，在疲劳试验方面的规定为：在基准谱(平均谱)下要进行4倍使用寿命(3倍裂纹形成寿命，1倍裂纹扩展寿命)的试验，在重谱下要进行2倍使用寿命试验

3、。这一规定是从文献[2]移植过来的。在规范编写中，并没有进行如何编制重谱和相关试验的研究，也不知道这种规定是否可靠。至今，国内外疲劳界的研究者们，仍没有支持这一规定的研究成果发表。如果这一规定能得到证实是可靠的，则可缩短1倍的全尺寸疲劳试验时间，这是疲劳界多年来一直期盼解决的问题，是应该受到赞扬和支持的。如果这一规定尚未得到相关研究证实和试验验证，就冒然应用，那将给飞机定寿带来很大的风险，因此，业内人士在实施这一规定时，需审慎行事。为了探讨这一问题，本文在研究疲劳分散系数随应力变化规律Ⅲ的基础上，进一步研究使用载荷下的重谱构成特征、使用载荷下的重谱和平均谱构成异同、使用载荷下的重谱对寿命和疲劳

4、分散系数的影响，并用5种试验件进行重谱和平均谱下的对比疲劳试验，验证使用载荷下的重谱只能降低寿命，不能降低疲劳分散系数。1试验最大应力‰。。与疲劳分散系数Lf的关系曲线为寻找重谱合理的编制方法，本文作者曾用139个不同的应力集中系数K。(1～5)、不同应力比R的钢合金试件和267个不同K。(1～5)、不同R的铝合金试件的疲劳试验寿命的标准差S，计算出最大应力盯。；与强度极限crb的比值口。。。／arb与试件寿命的分散系数Lr的关系曲线，如图1所示‘引。收稿日期：2012—10．11；退修日期：2012—11-22；录用日期：2013一01-04；网络出版时间：2013—03-0514：09网络

5、出版地址：www．cnki．net／kcms／detaiJ门1．1929．V2们30305．1409002．html*通讯作者．Tel．：010-66921097E—mail：yi—ma¨@sohu．com引搠裕武：ZhangFZ．Heavyspeclraund钟operat

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9、lerfaclor，ActaAeronauticae{Astronauticas．nica．2013．34(8)：1892．1897i张福泽使用载荷下的重谱能降低寿命不能降低疲劳分鼓系教．航空学报．2013．34(8)：{892．1897张福泽：使用

10、载荷下的重谱能降低寿命不能降低疲劳分散系数图1139个钢合金试件和267个铝合金试件的疲劳分散系数L。随％。x／巩的变化曲线啪Fig．1FatiguescatterfactorLfofthelifeof139steel—alloyspecimensand267aluminum—alloyspecimensvs口⋯／吼[3]2L。一仃。。。／crb曲线的特征分析Lr盯。。。／瓯曲线有如下特征：1)疲劳分散系数Lf有一个最小值。当‰。一arb时，L‰。一l，即静力一次拉断。2)不同材料有不同曲率的上，r‰。／盯s曲线。如图1所示，当％。。／0rb—o．5时，铝合金的Lf一3，钢合金的Lr一2，这说

11、明在同一级口。。。／arb下，不同材料的分散系数L。是有差异的。3)存在Lr随盯。。。／crb降低而增高的变化规律。由图1中铝合金和钢合金2条试验曲线得到的表1数据可说明这种规律。4)图1中疲劳分散系数Lr背后隐含试验载荷谱。众所周知，在材料、可靠度、置信度、试验件数等因素不变的情况下，疲劳分散系数Lr是子样标准差s的函数，标准差又是试件个体寿命的函数，而试件寿命又是由试验应力与疲劳试验重复次数组