滚压钛合金导管振动疲劳特性分析

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1、学术论文RESEARCH滚压钛合金导管振动疲劳特性分析VibrationFatiguePropertiesAnalysisofTitaniumAlloyTubesConnectedbyRolling中航工业中国飞机强度研究所邵闯李益萱中航工业沈阳发动机设计研究所邱明星中航工业北京航空制造工程研究所吴为[摘要】按照振动疲劳试验方法和失效准则进行了滚压连接形式的钛合金导管振动疲劳极限寿命测试，利用激光位移传感器测试自由端位移，用电阻应变计测定了试件根部的应变，根据位移和应变响应谱确定试件第一阶频率，并进行定频振动疲劳极限测试。预试验发现，试

2、件第一阶响应频率随载荷增加发生明显下降(超过1％)。为满足产品定寿要求，采用递进式扫频试验，消除滚压试件的连接间隙，直至试件频率响应稳定，再进行定频振动疲劳试验。通过此次测试得到滚压连接的钛合金导管在2X107循环基数，可靠度为95％时的振动疲劳极限为115MPa。关键词：振动疲劳疲劳极限扫频定频【ABSTRACTlThefatiguelimittestingoftitaniumalloytubesconnectedbyrollingiscarriedoutaccordingtothevibrationfatiguetestmethod

3、andthefailurerule．Theamplitudeofthefreeendofthespecimenandthebootstrainofthespecimenaremeasured．Thesine—fixed-frequencymethodisusedtodothevibrationfatiguelimittest．Becauseoftheeffectsofrollingconnectedproperties，thefirstresonancefrequencydeclinesobviously(exceed．ingl％)．I

4、nordertodefinethelivesoftherollingtubes，thestairmethodofsweeptestisusedtoremovetheeffectofconnectiongap，andthenthevibrationfatigueofeveryspecimenistestedatthelastresonancefrequency．Thetestingresultsshowthatthevibrationfatiguelimitoftherollingtubeis15MPaat2×107cyclesunder

5、95％reli—ability．Keywords：VibrationfatigueFatiguelimitSweep-frequencyFixed-frequency连接管件广泛用于航空航天、交通运输、石油化工、电力系统、管道工程等领域的气体、液体输送管路，在金属结构中的应用也十分广泛。随着对管件的高减重效果和高耐压力的要求不断提高，导管内径滚压连接技术应用于飞机发动机液压管路中薄壁高强钛合金导管的98航空制造技术·2014年第19期连接成形，以适应新一代飞机和发动机液压管路系统轻量化、长寿命和高可靠性的需求。为适应该技术在发动机钛合金

6、导管中使用安全的需求，依据试验标准⋯，对滚压钛合金管路试件进行振动疲劳极限测定，以期为确定管路在发动机整机状态动应力的限制值提供设计依据。1试件动响应的有限元分析1．1导管内径滚压连接成形过程通过周向滚动的滚柱径向施加力的作用将管壁材料压人带槽的管套，从而使导管和管套实现连接，见图l。连接成形时首先是芯轴旋转，在摩擦力作用下驱动滚柱边自转边沿管坯内壁周向滚动，保持架又在滚柱的带动下随动，同时芯轴沿轴向不断送进，使滚柱径向进给，导管材料在滚压力作用下嵌入管套凹槽口l。1．2有限元分析钛管材料参数：弹性模量106GPa，密度4．47kg／m

7、3，泊松比0．39。建立钛合金导管有限元模型时，忽略导管与管套连接处的连接特性，做一体化处理，在管套被固定条件下进行有限元的模态分析：(1)钛管一阶弯曲频率为200Hz；(2)在l，方向施加200Hz、lg的定频激励载荷，获得钛管试件自由端位移峰峰值为3mm。有限元获得的模态、响应结果将作为试验施加初始载荷的依据。图1内径滚压连接成形原理Fig．1Formingprincipleofinternalrollingconnection2测试2．1测试要求(1)用正弦扫频试验法确定钛管试验件的第一阶弯曲频率；(2)在试件第一阶弯曲频率点进行

8、定频振动疲劳试验；(3)采用“升降法”进行疲劳极限测定。2．1．1疲劳极限和破坏的定义滚压钛合金导管在第一阶弯曲振动下的振动疲劳极限盯一。定义为2×107次循环下的疲劳强度。进行单个试件振动疲劳极限疲劳试验