装置边结构不但可使零部件细密地装配在一起，，，，，实现定位、密封和载荷转达等功效，，，，，并且具有易于装拆、便于磨练及替换零件等优点，，，，，在机械工程中获得了普遍使用。。。。。。。以航空发念头机匣为例，，，，，受现实使用工况影响，，，，，装置边处受力状态主要以内外压差、轴向力和弯矩等载荷引起的弯曲应力为主，，，，，应力漫衍重大[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念头的服役清静和寿命，，，，，对该处举行结构强度剖析和试验研究是十分须要的[2]。。。。。。。

海内外针对装置边结构的应力漫衍和结构设计优化开展了试验和仿真模拟研究。。。。。。。HSPKumar等[3]通过盘算剖析要领对燃气涡轮发念头装置边厚度、高度等在差别轴向力和气体压力下的应力和变形举行了剖析。。。。。。。谢慧敏等[4]通过有限元，，，，，对机匣装置边毗连结构整体应力及应变漫衍举行了剖析。。。。。。。艾延廷等[5-6]对机匣装置边螺栓毗连结构举行了深入研究，，，，，并通过盘算对装置边结构和减重举行了优化设计。。。。。。。籍永青等[7]针对复合质料机匣装置边设计了却构模拟件，，，，，开展了强度性能试验和损伤剖析。。。。。。。通常，，，，，设计职员接纳基础质料力学性能数据或对其加以修正估算结构的性能，，，，，但估算效果往往具有较大误差，，，，，剖析应用亦会偏离结构的真实使用性能和寿命，，，，，难以知足结构设计的要求[8-10]，，，，，而使用部件举行试验不但历程重大，，，，，并且本钱高，，，，，指导价值有限。。。。。。。通过设计装置边结构特征模拟件开展强度试验来对该结构力学行为举行研究，，，，，可以填补质料级到部件级正向设计缺失的特征结构试验研究内容，，，，，为装置边转角的结构设计、强度剖析及寿命评估等研究涤讪试验基础。。。。。。。

GH4169合金在650℃以下具有优异的综合性能[11-13]，，，，，用其制备的发念头机匣装置边结构具有优异的毗连刚性和强度。。。。。。；；；；；；；蛔爸帽咦硬课煌幽商ń住⒃步堑冉峁剐问绞迪只豢翘宓墓，，，，，为研究差别转角尺寸的装置边结构在弯曲静力和疲劳加载作用下的结构响应，，，，，提取装置边结构特征，，，，，选用GH4169合金设计制备了装置边结构模拟件。。。。。。。接纳位移控制的加载方法来模拟弯曲载荷，，，，，对具有差别转角尺寸的装置边结构在弯曲静力和疲劳加载作用下的结构响应、载荷转达和失效模式等举行试验研究，，，，，并团结有限元盘算举行剖析讨论。。。。。。。

1、试验质料、模拟件设计及试验要领

试验用GH4169高温合金主要因素见表1，，，，，为相识选用质料的基础性能，，，，，选用了如图1所示的试验件举行拉伸试验，，，，，通过在事情段正反两面粘贴应变片的要领，，，，，在拉伸试验后获得其静力拉伸条件下的应力应变曲线。。。。。。。试验使用岛津AG250KNE型电子拉伸试验机，，，，，位移控制，，，，，加载速率2mm/min。。。。。。。

发念头机匣部件为筒体结构，，，，，对装置边举行结构特征提取后的模拟件设计及加载示意图见图2。。。。。。。由于机匣筒体相比模拟件尺寸具有较大的尺寸优势，，，，，模拟件形状近似于在机匣筒体的装置边位置举行切割取样。。。。。。。模拟件在装置边一侧开设螺栓孔用于模拟装配约束，，，，，平直的悬臂来模拟机匣薄壁筒体。。。。。。。在转角过渡R处举行针对性的变量设计，，，，，设置了R=1.2mm、3mm、5mm三种差别转接圆角尺寸的结构模拟试验件。。。。。。。由于机匣部件是筒体结构，，，，，筒体上的每一处结构周围均有质料约束，，，，，为阻止边沿尺寸效应导致的试验件在边沿启裂，，，，，在模拟件的边沿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举行装配，，，，，实现端面约束牢靠，，，，，并在图2所示位置粘贴应变片。。。。。。。试验工装通过螺栓牢靠在试验器上，，，，，加载压头牢靠在试验器的另一端。。。。。。。加载压头在距离模拟件悬臂一端5mm的位置举行加载。。。。。。。室温弯曲静力试验使用CMT4204型电子拉伸试验机，，，，，位移控制压头的加载速率为0.5mm/min，，，，，加载至16mm时阻止试验。。。。。。。划分凭证0~5.5mm、0~6mm、0~6.5mm、0~7mm的位移加载规模开展弯曲疲劳试验，，，，，使用岛津EHF-100KN低周疲劳试验机，，，，，加载频率1Hz，，，，，循环直至试验件破损。。。。。。。每种试验参数下获得3个有用数据后阻止试验。。。。。。。

试验历程中使用东华测试DH5921动态应力应变测试剖析系统举行应变测试。。。。。。。模拟件断口及形貌使用视频显微镜VHX1000和场发射扫描电子显微镜Sigma500举行视察。。。。。。。

2、试验效果及剖析

2.1板形试验件室温拉伸试验效果

板形拉伸试验件的室温拉伸强度见表2，，，，，从试验效果来看，，，，，质料性能稳固，，，，，凭证应力及粘贴在事情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模拟件弯曲静力试验效果

差别转角尺寸装置边结构模拟件在室温下的弯曲静力试验加载变形历程见图4，，，，，从原始平衡位置0mm下压至最大位移16mm的加载历程中，，，，，试验件压头处的载荷-位移曲线的线形纪律一致，，，，，先履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。。。。。。。

比照载荷-位移曲线可发明，，，，，在弹性段部分，，，，，贴片处的应变数据也呈线性转变，，，，，随着弯曲位移的进一步增添，，，，，试验件最先爆发屈服，，，，，应变-位移曲线也呈非线性转变。。。。。。。但差别转角尺寸的试验件在进入非线性区后，，，，，应变-位移曲线泛起出差别的纪律，，，，，最大变形量与试验竣事后的剩余变形量泛起显着差别，，，，，随着转角尺寸的增添，，，，，试验件的最大变形量和剩余变形量减小。。。。。。。对载荷位移曲线和应变-位移曲线的直线段举行线性拟合可直观发明，，，，，随着试验件转角尺寸的增大，，，，，曲线直线段斜率增大。。。。。。。弯曲静力试验后模拟件均未爆发裂纹和断裂。。。。。。。

2.3弯曲疲劳试验效果

差别转角尺寸的装置边结构模拟件的弯曲疲劳寿命与加载位移关系见图5，，，，，其中带有十字的数据标记点为对应试验条件下的中值对数疲劳寿命。。。。。。。凭证中值对数疲劳寿命判断，，，，，相同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；；；；；；；当最大加载位移相同时，，，，，随着转角尺寸的增大，，，，，循环寿命提高。。。。。。。

对所有试验件的断裂位置与加载端压头之间的距离举行视察后发明，，，，，统一转角尺寸试验件在差别加载位移下的断裂位置一致，，，，，且随着转角尺寸R的增大，，，，，断裂位置向加载位置靠近。。。。。。。以最大加载位移为5.5mm的差别转角尺寸的试验件为例，，，，，试验件弯曲疲劳断裂位置及断口形貌见图6。。。。。。。对所有试验件的断裂位置与加载端压头之间的距离举行丈量和均值统计，，，，，R1.2为53.71mm，，，，，R3为51.73mm，，，，，R5为50.41mm。。。。。。。

在弯曲疲劳循环加载历程中，，，，，试验件变形模式类似于悬臂梁结构的弯曲变形，，，，，上外貌受拉下外貌受压。。。。。。。疲劳试验后，，，，，对试验件断口举行显微视察，，，，，如图7和图8所示，，，，，断口可见显着的放射棱线和疲劳弧线形貌特征，，，，，批注断口性子为疲劳，，，，，在疲劳扩展区可见与裂纹扩展偏向相笔直的疲劳条带和二次裂纹，，，，，是低周疲劳扩展的典范微观形貌特征。。。。。。。凭证放射棱线汇聚的偏向判断，，，，，疲劳均起源于试验件受载上外貌的中部区域，，，，，且呈多源特征，，，，，批注裂纹形核的不确定性较大，，，，，泛起疲劳性能的疏散性，，，，，同时相比于质料数据手册中使用标准质料试验件获得的疲劳数据而言，，，，，由于结构等要素的引入，，，，，结构模拟件的疲劳寿命某种水平上仍属随机变量，，，，，往往保存一定的离散性。。。。。。。

2.4有限元模拟效果

借助有限元对结构举行数值盘算和仿真模拟，，，，，与试验效果举行验证剖析，，，，，是目今装置边结构强度研究的主要手段[14-15]。。。。。。。一些学者对悬臂梁举行的有限元模拟研究[16-17]关于装置边结构的力学行为研究是有借鉴意义的。。。。。。。其中张永超等人[17]的研究效果批注，，，，，在举行悬臂梁结构的有限元模拟时实体单位较壳单位具有较小的误差和较高的精度，，，，，因此本文选用实体单位对装置边结构的力学行为举行有限元模拟。。。。。。。以室温静力拉伸试验效果作为质料参数输入，，，，，密度8.24g/cm3，，，，，泊松比0.3[18]。。。。。。。装置边牢靠端开有螺栓孔，，，，，由于其最大应力一样平常泛起在转接圆角根部，，，，，盘算时可不思量孔的影响，，，，，对模子做适当简化，，，，，试验件牢靠端面整体界线条件为固支，，，，，在加载位置施加试验所需的变形位移。。。。。。。以最大加载位移5.5mm的试验件为例举行数值模拟，，，，，试验件应力漫衍云图见图9。。。。。。。

模拟效果批注，，，，，试验件遭受弯曲载荷爆发变形后，，，，，上外貌受拉，，，，，下外貌受压，，，，，在上外貌的圆角过渡区有显着的应力集中征象，，，，，高于下外貌最大压应力，，，，，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外貌泛起了少量的塑性变形。。。。。。。

3、剖析与讨论

表3为装置边结构模拟件在遭受弯曲载荷作用下通过理论盘算、试验测试和有限元模拟获得的效果，，，，，从贴片处的静力测试效果和有限元模拟效果的比照可知，，，，，有限元模拟效果具有较好的可信度。。。。。。。

以转接圆角的起始边（图10中虚线所示）为X轴零点作沿结构模拟件图示箭头路径的应力转达图，，，，，见图10。。。。。。。

试验件在加载端遭受弯曲载荷时，，，，，载荷沿试验件举行载荷转达，，，，，图10中椭圆区域的应力转变主要受弯矩沿试验件平板部分的线性转变影响，，，，，而当进入圆角与平板部分的过渡毗连区域时，，，，，由于试验件刚度爆发较大转变引起的应力集中而导致应力在该处爆发转折。。。。。。。差别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，，，，，最大应力位置趋于靠近加载端一侧（见图10中abc三点），，，，，该模拟效果同试验件的断裂位置效果趋势一致。。。。。。。以通过理论公式1盘算获得的应力作为名义应力，，，，，将有限元盘算获得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。。。。。。。由于名义应力选用差别转角尺寸试验件有限元模拟获得的最大应力位置处的力臂和抗弯截面模量来加入盘算，，，，，因此名义应力盘算值在R=5时小于R=3。。。。。。。从试验效果可知，，，，，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处的刚度梯度转变较为平缓导致的。。。。。。。

式中：M为弯矩；；；；；；；F：为加载端测试获得的加载力；；；；；；；L为凭证有限元模拟获得的最大应力位置力臂；；；；；；；WZ为抗弯截面模量。。。。。。。

从弯曲静力试验效果可知，，，，，拥有差别转角尺寸的试验件在相同加载位移时加载端的力值相差不大，，，，，但当载荷转达至转接圆角位置时，，，，，由于差别转角尺寸试验件的应力集中水平和抗弯模量保存差别，，，，，试验件所谓应力漫衍和变形纪律差别。。。。。。。转接圆角周围的最大应力水平和位置及整体应力漫衍是导致试验件在弯曲疲劳试验中破损的主要因素，，，，，较大的应力集中系数是试验件疲劳寿命降低的主要缘故原由。。。。。。。

本文通过较量3种差别转接圆角尺寸结构模拟件在弯曲载荷作用下的变形行为、载荷转达和循环寿命来实验对装置边转接圆角处的力学行为举行研究，，，，，但在讨论机匣装置边整体结构时还应充分思量机匣整体结构设计和包括气体压力漫衍、螺栓预紧力以及前后装配引入的轴向力等因素。。。。。。。

4、结论

(1)差别转角尺寸试验件在弯曲静力试验下的弹性变形纪律一致，，，，，屈服后变形纪律差别，，，，，最大变形量与剩余变形量随转角尺寸增大而减小！！！。。；；；；；；；

(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，，，，，相同转角尺寸试验件的疲劳断裂位置一致，，，，，且随转角尺寸的增添趋于靠近加载端一侧；；；；；；；

(3)有限元模拟与试验效果较为一致，，，，，转角周围应力漫衍是影响模拟件疲劳寿命的主要因素。。。。。。。

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