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科代码：E0504 NSFC 机械工程学科 20 11 年度青 /地区科学基金项目 进展汇编 国家自然科学基金委员会工程与材料科学部 工程科学二处 2013 年3 月 2011 年度E05 青年/地区科学基金项目进展汇编 机械结构强度 （E0504 ） 目录 复合载荷下不同接触型面榫连结构微动疲劳研究 1 复杂各向异性材料中超声声场模拟与缺陷回波预测2 不确定性条件下可展开动量交换空间绳系可靠性优化设计3 数控车床刀具的动态可靠性及动态可靠性灵敏度研究4 基于植物脉序形态形成机理的薄壳加强件布局优化方法研究5 多场耦合条件下主动冷却复合材料壁 结构损伤评估6 基于晶体塑性理论和XFEM 的高强铝合金构件损伤机理研究7 冷轧薄板损伤机理及断裂失效评定方法的研究8 碳纤维复合材料构件稀疏脉冲涡流阵列成像的理论和方法研究9 高速重载齿轮传动系统热弹耦合使役损伤机理及可靠性试验方法研究 10 外物损伤对TC4 叶片高循环疲劳强度的影响研究 11 重复接触条件下陶瓷轴承运动副真实粗糙表面稳定性研究 12 复杂因素耦合的飞行器机构系统概率分析模型和计算方法研究 13 复杂结构可靠性优化的解耦方法与直接整合方法研究 14 体液环境下生物陶瓷涂层材料损伤、断裂失效机制研究 16 面向长期贮存的电连接器长寿命设计建模与评估方法的研究 17 多应力多退化量加速退化试验优化设计方法 18 多因素耦合作用下固体氧化物 料电池自适应密封钎焊残余应力研究 19 微观泄漏机理在非API 石油管接头密封性能评估中的应用研究20 纳米纤维改性 C/C 合材料构件的增强机理研究21 铸造缺陷多尺度三维表征及其对铸件服役性能和疲劳寿命的影响研究22 I 2011 年度E05 青年/地区科学基金项目进展汇编 机械结构强度 （E0504） 复合载荷下不同接触型面榫连结构微动疲劳研究 项目负责人：魏大盛 (E-mail: dasheng.w@163.com) 依托单位：北京航空航天大学 项目批准号 资助金额：25 万元 起止 年 月：20 12 年01 月-2014 年12 月 1 项目简介 本项目为航空发动机榫连结构强度问题的应用基础研究，针对航空发动机叶片/轮盘榫连结构的微 动疲劳问题，探索不同接触型面 （直线/直线、直线/ 圆弧）榫连结构在高、低循环 合载荷下的微动疲 劳失效机理，发展失效分析方法。采用数值模拟和试验验证相结合的方式解决如下关键问题：高梯度接 触应力的数值求解及失效分析模型的建立；微动疲劳试验方案及其实施。数值模拟侧重建立不同接触型 面的失效分析模型，给 复合载荷条件下榫齿/榫槽接触区边缘高梯度应力的精细数值结果，进而开展 高梯度应力位置的失效分析，并基于断裂力学参数关联微动疲劳寿命，提高寿命预测精度；微动疲劳试 验的开展将为失效分析模型的建立提供直接的数据支持，校验并改进数值模型。 2 主要创新点及其主要研究进展 采用有限元法对高梯度接触应力的数值收敛性进行了分析，作为后续研究的基础，见图1(a)；建立 了基于断裂力学的榫连结构失效分析方法，估算了微动载荷下裂纹的萌生位置及扩展路径，见图1(b) ； 根据已经开展的研究，进行了新型榫连结构的设计，其接触面呈波浪型，见图1(c) 。 (a) 榫连结构接触区应力计算 (b) 基于断裂力学的榫连结构失效分析方法 (c) 先进榫连结构接触面设计 图1 项目研究进展及主要成果 3 研究成果 （1）Da-Sheng Wei, Yan-Rong Wang. Analysis