装置边结构不仅可使零部件缜密地装配在一路，，，实现定位、密封和载荷传递等职能，，，并且拥有易于装拆、便于检修及更换零件等利益，，，在机械工程中得到了宽泛使用。。。以航空发起机机匣为例，，，受现实使用工况影响，，，装置边处受力状态重要以内外压差、轴向力和弯矩等载荷引起的弯曲应力为主，，，应力散布复杂[1]，，，是结构的危险部位，，，其结构力学响应行为直接关系到整个机匣和发起机的服役安全和寿命，，，对该处进行结构强度分析和试验钻研是极度必要的[2]。。。

国内外针对装置边结构的应力散布和结构设计优化发展了试验和仿真仿照钻研。。。HSPKumar等[3]通过推算分析步骤对燃气涡轮发起机装置边厚度、高度等在分歧轴向力和气体压力下的应力和变形进行了分析。。。谢慧敏等[4]通过有限元，，，对机匣装置边衔接结构整体应力及应变散布进行了分析。。。艾延廷等[5-6]对机匣装置边螺栓衔接结构进行了深刻钻研，，，并通过推算对装置边结构和减重进行了优化设计。。。籍永青等[7]针对复合伙料机匣装置边设计了结构仿照件，，，发展了强度机能试验和危险分析。。。通常，，，设计人员选取基础资料力学机能数据或对其加以修改估算结构的机能，，，但估算了局往往拥有较大误差，，，分析利用亦会偏离结构的真实使用机能和寿命，，，难以满足结构设计的要求[8-10]，，，而使用部件进行试验不仅过程复杂，，，并且成本高，，，领导价值有限。。。通过设计装置边结构特点仿照件发展强度试验来对该结构力学行为进行钻研，，，能够添补资料级到部件级正向设计缺失的特点结构试验钻研内容，，，为装置边转角的结构设计、强度分析及寿命评估等钻研奠定试验基础。。。

GH4169合金在650℃以下拥有优异的综合机能[11-13]，，，用其制备的发起机机匣装置边结构拥有优良的衔接刚性和强度。。；；；蛔爸帽咦硬课煌∪√ń、圆角等结构大局实现机匣壳体的过渡，，，为钻研分歧转角尺寸的装置边结构在弯曲静力和委顿加载作用下的结构响应，，，提取装置边结构特点，，，选用GH4169合金设计制备了装置边结构仿照件。。。选取位移节制的加载方式来仿照弯曲载荷，，，对拥有分歧转角尺寸的装置边结构在弯曲静力和委顿加载作用下的结构响应、载荷传递和失效模式等进行试验钻研，，，并结合有限元推算进行分析会商。。。

1、试验资料、仿照件设计及试验步骤

试验用GH4169高温合金重要成分见表1，，，为相识选用资料的基础机能，，，选用了如图1所示的试验件进行拉伸试验，，，通过在工作段正反两面粘贴应变片的步骤，，，在拉伸试验后获得其静力拉伸前提下的应力应变曲线。。。试验使用岛津AG250KNE型电子拉伸试验机，，，位移节制，，，加载速度2mm/min。。。

发起机机匣部件为筒体结构，，，对装置边进行结构特点提取后的仿照件设计及加载示意图见图2。。。由于机匣筒体相比仿照件尺寸拥有较大的尺寸优势，，，仿照件状态近似于在机匣筒体的装置边地位进行切割取样。。。仿照件在装置边一侧开设螺栓孔用于仿照装配约束，，，平直的悬臂来仿照机匣薄壁筒体。。。在转角过渡R处进行针对性的变量设计，，，设置了R=1.2mm、3mm、5mm三种分歧转接圆角尺寸的结构仿照试验件。。。由于机匣部件是筒体结构，，，筒体上的每一处结构周围均有资料约束，，，为预防边缘尺寸效应导致的试验件在边缘启裂，，，在仿照件的边缘做了针对性的圆角设计，，，见图2中转角R0.8与R0.1。。。

试验前，，，通过螺栓将试验件与工装进行装配，，，实现端面约束固定，，，并在图2所示地位粘贴应变片。。。试验工装通过螺栓固定在试验器上，，，加载压头固定在试验器的另一端。。。加载压头在距离仿照件悬臂一端5mm的地位进行加载。。。室温弯曲静力试验使用CMT4204型电子拉伸试验机，，，位移节制压头的加载速度为0.5mm/min，，，加载至16mm时终场试验。。。别离依照0~5.5mm、0~6mm、0~6.5mm、0~7mm的位移加载领域发展弯曲委顿试验，，，使用岛津EHF-100KN低周委顿试验机，，，加载频率1Hz，，，循环直至试验件粉碎。。。每种试验参数下获得3个有效数据后终场试验。。。

试验过程中使用东华测试DH5921动态应力应变测试分析系统进行应变测试。。。仿照件断口及描摹使用视频显微镜VHX1000和场发射扫描电子显微镜Sigma500进行观察。。。

2、试验了局及分析

2.1板形试验件室温拉伸试验了局

板形拉伸试验件的室温拉伸强度见表2，，，从试验了局来看，，，资料机能不变，，，凭据应力及粘贴在工作段上的应变片测试获得的数据绘制的拉伸应力-应变曲线见图3。。。

2.2仿照件弯曲静力试验了局

分歧转角尺寸装置边结构仿照件在室温下的弯曲静力试验加载变形过程见图4，，，从原始平衡地位0mm下压至最大位移16mm的加载过程中，，，试验件压头处的载荷-位移曲线的线形法规一致，，，先经历弹性变形的直线段后，，，进入塑性变形的曲线段，，，变形抗力相差不大。。。

对照载荷-位移曲线可发现，，，在弹性段部门，，，贴片处的应变数据也呈线性变动，，，随着弯曲位移的进一步增长，，，试验件起头产生屈服，，，应变-位移曲线也呈非线性变动。。。但分歧转角尺寸的试验件在进入非线性区后，，，应变-位移曲线出现出分歧的法规，，，最大变形量与试验实现后的残存变形量出现显著差距，，，随着转角尺寸的增长，，，试验件的最大变形量和残存变形量减小。。。对载荷位移曲线和应变-位移曲线的直线段进行线性拟合可直观发现，，，随着试验件转角尺寸的增大，，，曲线直线段斜率增大。。。弯曲静力试验后仿照件均未产生裂纹和断裂。。。

2.3弯曲委顿试验了局

分歧转角尺寸的装置边结构仿照件的弯曲委顿寿命与加载位移关系见图5，，，其中带有十字的数据象征点为对应试验前提下的中值对数委顿寿命。。。凭据中值对数委顿寿命判断，，，一样转角尺寸的试验件随着最大加载位移的增大，，，循环寿命降低；；；当最大加载位移一样时，，，随着转角尺寸的增大，，，循环寿命提高。。。

对所有试验件的断裂地位与加载端压头之间的距离进行观察后发现，，，统一转角尺寸试验件在分歧加载位移下的断裂地位一致，，，且随着转角尺寸R的增大，，，断裂地位向加载地位靠近。。。以最大加载位移为5.5mm的分歧转角尺寸的试验件为例，，，试验件弯曲委顿断裂地位及断口描摹见图6。。。对所有试验件的断裂地位与加载端压头之间的距离进行丈量和均值统计，，，R1.2为53.71mm，，，R3为51.73mm，，，R5为50.41mm。。。

在弯曲委顿循环加载过程中，，，试验件变形模式类似于悬臂梁结构的弯曲变形，，，上理论受拉下理论受压。。。委顿试验后，，，对试验件断口进行显微观察，，，如图7和图8所示，，，断口可见显著的放射棱线和委顿曲线描摹特点，，，批注断口性质为委顿，，，在委顿扩大区可见与裂纹扩大方向相垂直的委顿条带和二次裂纹，，，是低周委顿扩大的典型微观描摹特点。。。凭据放射棱线汇聚的方向判断，，，委顿均发源于试验件受载上理论的中部区域，，，且呈多源特点，，，批注裂纹形核的不确定性较大，，，出现委顿机能的分散性，，，同时相比于资料数据手册中利用尺度资料试验件获得的委顿数据而言，，，由于结构等身分的引入，，，结构仿照件的委顿寿命某种水平上仍属随机变量，，，往往存在肯定的离散性。。。

2.4有限元仿照了局

借助有限元对结构进行数值推算和仿真仿照，，，与试验了局进行验证分析，，，是当前装置边结构强度钻研的重要伎俩[14-15]。。。一些学者对悬臂梁进行的有限元仿照钻研[16-17]对于装置边结构的力学行为钻研是有借鉴意思的。。。其中张永超等人[17]的钻研成就批注，，，在进行悬臂梁结构的有限元仿照时实体单元较壳单元拥有较小的误差和较高的精度，，，因而本文选用实体单元对装置边结构的力学行为进行有限元仿照。。。以室温静力拉伸试验了局作为资料参数输入，，，密度8.24g/cm3，，，泊松比0.3[18]。。。装置边固定端开有螺栓孔，，，由于其最大应力通常呈此刻转接圆角根部，，，推算时可不思考孔的影响，，，对模型做适当简化，，，试验件固定端面整体天堑前提为固支，，，在加载地位施加试验所需的变形位移。。。以最大加载位移5.5mm的试验件为例进行数值仿照，，，试验件应力散布云图见图9。。。

仿照了局批注，，，试验件接受弯曲载荷产生变形后，，，上理论受拉，，，下理论受压，，，在上理论的圆角过渡区有显著的应力集中景象，，，高于下理论最大压应力，，，最大应力点在图中标出。。。且由于应力集中，，，R=1.2的试验件在试验件上理论出现了少量的塑性变形。。。

3、分析与会商

表3为装置边结构仿照件在接受弯曲载荷作用下通过理论推算、试验测试和有限元仿照得到的了局，，，从贴片处的静力测试了局和有限元仿照了局的对比可知，，，有限元仿照了局拥有较好的可信度。。。

以转接圆角的肇始边（图10中虚线所示）为X轴零点作沿结构仿照件图示箭头蹊径的应力传递图，，，见图10。。。

试验件在加载端接受弯曲载荷时，，，载荷沿试验件进行载荷传递，，，图10中椭圆区域的应力变动重要受弯矩沿试验件平板部门的线性变动影响，，，而当进入圆角与平板部门的过渡衔接区域时，，，由于试验件刚度产生较大变动引起的应力集中而导致应力在该处产生转折。。。分歧转角尺寸试验件的最大应力点均位于靠近平直段一侧的转接圆弧上，，，且随着转角尺寸的增大，，，最大应力地位趋于靠近加载端一侧（见图10中abc三点），，，该仿照了局同试验件的断裂地位了局趋向一致。。。以通过理论公式1推算得到的应力作为名义应力，，，将有限元推算得到的最大应力与名义应力的比值作为该部位的应力集中系数。。。由于名义应力选用分歧转角尺寸试验件有限元仿照得到的最大应力地位处的力臂和抗弯截面模量来参加推算，，，因而名义应力推算值在R=5时小于R=3。。。从试验了局可知，，，随着转接圆角尺寸的增大，，，应力集中水平趋于缓和，，，这是由于该结构装置边圆角R处的刚度梯度变动较为平缓导致的。。。

式中：M为弯矩；；；F：为加载端测试获得的加载力；；；L为凭据有限元仿照得到的最大应力地位力臂；；；WZ为抗弯截面模量。。。

从弯曲静力试验了局可知，，，占有分歧转角尺寸的试验件在一样加载位移时加载端的力值相差不大，，，但当载荷传递至转接圆角地位时，，，由于分歧转角尺寸试验件的应力集中水平和抗弯模量存在差距，，，试验件所谓应力散布和变形法规分歧。。。转接圆角左近的最大应力水平和地位及整体应力散布是导致试验件在弯曲委顿试验中粉碎的重要成分，，，较大的应力集中系数是试验件委顿寿命降低的重要原因。。。

本文通过比力3种分歧转接圆角尺寸结构仿照件在弯曲载荷作用下的变形行为、载荷传递和循环寿命来尝试对装置边转接圆角处的力学行为进行钻研，，，但在会商机匣装置边整体结构时还应充分思考机匣整体结构设计和蕴含气体压力散布、螺栓预紧力以及前后装配引入的轴向力等成分。。。

4、结论

(1)分歧转角尺寸试验件在弯曲静力试验下的弹性变形法规一致，，，屈服后变形法规分歧，，，最大变形量与残存变形量随转角尺寸增大而减。。；；；

(2)试验件循环寿命随转角尺寸的增大而提高，，，随加载位移增大而降低，，，一样转角尺寸试验件的委顿断裂地位一致，，，且随转角尺寸的增长趋于靠近加载端一侧；；；

(3)有限元仿照与试验了局较为一致，，，转角左近应力散布是影响仿照件委顿寿命的重要成分。。。

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