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图一：竞赛答辩现场

2021年6月，实验室团队时新红老师指导的北航第十三届“冯如杯”学生科技作品竞赛荣获了一等奖。该竞赛所指导的参赛学生为李晨曦和李琦，参赛项目为“一种用压载预制裂纹测量门槛值的方案及其装置”。

   

图二：获奖证书

导读：裂纹扩展门槛值测试试验是航空航天飞行器设计时疲劳寿命预测的必要参数，但是一次测量需要1.5个月或以上的时间，超过30 万元经费。本作品提出一种用压-压循环加载预制裂纹测量门槛值的方案及其装置，本方案一次测量可以减少试验时间约35%，节省经费 10万元。

   

图三：裂纹扩展门槛值性能测试试验

为了降低裂纹扩展门槛值试验时间和难度，该参赛项目提出采用压-压循环载荷加载预制裂纹测量门槛值。采用有限元分析确定初始压-压循环载荷幅值，采用压-压循环载荷加载进行预制裂纹，采用升载法和降载法施加拉-拉循环载荷测量门槛值的方法。

 

图四：方案原理分析

   

图五：试验验证

         

图六：试验验证得到的应变云图

         

图七：不同压载下的应变曲线

 

图八：项目测试方案

本项目提出的测试方案为：用压-压循环载荷使裂纹起裂，然后用拉-拉加载及升载法使裂纹扩展出4倍塑性区，再采用拉-拉加载及降载法测得门槛值，流程如图b所示。整个方法需要6-7级加载，示意图如图c所示。为压载时避免试验件失稳设计的试验装置如图d所示。并开展了试验验证，如图e所示。

该参赛作品已受理两项专利，相关信息及主要创新点为：

1.一种采用有限元模拟确定压-压循环载荷初始幅值进行金属试件预制裂纹的方法（已受理专利）。

2.一种采用具有大开孔的防失稳试验夹具（已受理专利）

   

图九：所受理的两项专利通知书