重大装备结构寿命消耗监控技术及装置

20241231

航空航天等重大装备结构承受复杂随机多轴载荷，其结构损伤与寿命消耗准确评估是保证装备安全服役的前提，同时也是我国航空等重大装备由群体寿命管理向先进的个体寿命监控发展中必须跨越的技术。由于航空航天装备结构关键部位承受复杂的力热耦合多轴载荷，导致损伤状态评估与寿命消耗监控的可靠验证、设计寿命准确评定极为困难，属于世界性难题，严重影响我国现役重大装备安全服役和下一代新型装备的研发。本项目历时近二十年“产学研用”联合攻关，实现了系列技术突破，解决了重大装备寿命消耗评估的核心技术难题，并实现了工程应用。（1）发明的复杂随机载荷下结构多轴疲劳损伤评估技术，解决了装备结构寿命评定不准的难题。所发明的力热随机载荷下多轴热机疲劳-寿命预测技术，为我国高超音速飞行器飞发一体化结构寿命设计提供了关键技术。（2）发明的力热随机载荷下多轴热机疲劳寿命预测技术，解决了高速飞行器、航空发动机等热端关键部件无法定量评估寿命消耗的难题。所开发的多轴热机械疲劳损伤评估软件系统，其预测寿命误差在2倍因子以内，对比美国NASA方法，精度提高20%以上。该首创性发明打破国外技术封锁，实现了力热耦合服役环境下高超音速飞行器热端结构疲劳寿命消耗的评估，为重大装备关键热端结构寿命消耗有效控制、高效维护管理、定量安全设计提供了关键技术（3）发明的可变应力比的变温超高周多轴疲劳试验装置与多轴超高周与多轴低周复合的变幅热机械疲劳试验装置，并开发出超高周-低周多轴热机疲劳测试技术，解决了新型航空航天装备关键热端部件材料缺乏超高周-低周复合多轴热机载荷下测试设备的难题。应用该发明成果开发出能够测试热端部件材料在模拟服役力热随机载荷下损伤进程的试验技术，打破国外技术封锁，实现了力热耦合服役环境下高超音速飞行器与航空发动机关键热端结构疲劳寿命消耗的评估，可以测试超高周寿命10^9周以上的寿命，载荷测量误差在5%以内。该独特的技术发明打破国外技术封锁，已为我国下一代航空发动机新材料的疲劳性能测试提供了关键技术。 授权国家发明专利65项、软著12项，国家标准2项，著作2部，发表相关SCI论文130余篇。成果解决了新型航空装备热端结构寿命设计技术缺乏的难题，并完善了重点装备型号飞机机身强度设计技术；还推广应用于某航天型号装备、电动汽车等结构强度设计中，取得了显著的经济和社会效益。