有限元仿真在振动结构疲劳分析中的应用

为了对某机载产品进行结构疲劳分析,采用有限元分析软件ANSYS对产品结构进行了模态分析和随机振动分析,结合模态试验修正了有限元模型。由随机振动分析得到应力响应功率谱,最后利用频域方法计算结构的疲劳损伤。仿真结果基本吻合强化试验结果,并给出了产品结构设计改进方案。     

结构振动疲劳加速试验技术研究

目的提出一种用于评估随机振动环境下工程结构长期耐久性和疲劳可靠性的加速试验技术。方法通过开展一系列高斯和非高斯振动疲劳对比试验,系统研究影响结构振动疲劳寿命的各种因素,包括随机振动激励的均方根值、功率谱密度、带宽和峭度值等。结果非高斯随机振动激励的带宽和峭度值对结构振动疲劳寿命也有明显影响。结论当结构振动激励呈现明显的非高斯特征时,设计随机振动疲劳加速试验方案必须综合考虑振动激励的带宽和峭度值。     

某电子设备随机振动故障分析

目的 探究某批次电子设备随机振动环境筛选试验中故障发生原因.方法 首先对电子设备环境试验初步分析,确定设备螺钉点布置合理,结构本身无明显缺陷,但试验夹具可能导致振动载荷放大.通过Abaqus有限元软件仿真分析电子设备失效情况,同时开展试验确定振动夹具的固有频率,并绘制电子设备实际所受随机振动功率谱密度曲线,以该功率谱密度曲线为输入,开展有限元仿真,验证失效模式,并在此基础上完成故障复现试验,制定相应的改进措施.结果 有限元仿真得到电子设备3Sigma应力为22 MPa,在结构强度容许范围内.通过试验确定振动夹具固有频率与电子设备前两阶模态频率重频,发生共振,导致激励被放大,电子设备存在过考核,从而发生破坏.以设备实际所受功率谱密度曲线为输入条件,仿真得到3Sigma应力为52 MPa,超过焊接强度极限,导致焊点失效破坏.为进一步验证失效原因,使用原振动夹具完成故障复现试验,并改进试验夹具开展对比试验.结论 随机振动试验夹具的设计,应避免夹具固有频率与电子设备重频,从而导致设备破坏,合理选择设计夹具能有效避免电子设备遭受过考核.     

基于疲劳损伤谱的随机振动试验方法在智能电表模拟公路运输中的研究

目的解决传统试验精确度差、仿真程度低的问题,验证智能电表在随机振动过程中的可靠性。方法将基于疲劳损伤谱的等效随机振动试验方法运用到智能电表公路运输振动试验中,首先提出疲劳载荷谱的概念及其获取方法,并对采集的振动数据进行处理,得到用于加速振动试验的功率谱密度,最后验证基于疲劳损伤谱的随机振动试验方法应用于智能电表模拟公路运输方法的可行性及优势。结果使用该方法加速试验前后的累计疲劳损伤误差为6.4%。结论该方法不但能大幅减少试验时间,同时能够节省大量人力、物力资源。     

高超声速导弹随机振动响应分析

目的 研究某高超声速导弹飞行过程中的振动状态,获得导弹在给定压力载荷下的振动响应特性。方法结合有限元分析、随机振动理论,利用三维软件构建导弹有限元模型,并在Ansys Workbench平台对其进行模态分析及谐响应分析。基于模态分析结果,对导弹进行随机振动响应试验,探究导弹在频域及力学上的振动响应特征。结果 计算得出导弹前六阶固有频率和振型,获得导弹上一检测点在给定振动激励载荷下的加速度响应曲线,并得到导弹整体结构的应力分布云图。结论 导弹模型强度符合要求,导弹在振动激励载荷下的加速度响应峰值均出现在380～400Hz,应力极值出现在导弹尾部区域,在此区域内,导弹更易产生结构性损伤。在飞行器地面环境模拟试验中,应着重考虑此频域及位置的振动条件。     

基于ANSYS Workbench的某弹药储运方舱支撑件力学分析

目的研究某弹药储运方舱支撑件的力学特性。方法采用SolidWorks软件建立三维模型,利用ANSYS Workbench软件进行静力学和动力学的仿真分析。结果仿真结果显示,该支撑件在静力学中所受的最大应力值为2633.7 Pa,最大变形量为5.6847×10-5m,动力学中振动形式有弯曲振动和扭曲振动,前6阶的固有频率在117.5~286.7 Hz之间。结论研究表明,该支撑件满足结构的刚强度要求,并为下一步进行瞬态动力学分析、随机振动分析奠定了基础。     

油箱积水环境对油箱结构疲劳安全寿命的影响研究

目的 摸索飞机服役条件下油箱积水环境对油箱结构疲劳寿命的影响,评估基于常规疲劳寿命除以理论分散系数确定的安全寿命是否可以保证服役环境下的飞行安全.方法 首先通过试验确定加速腐蚀试验中飞机油箱积水介质浓度,并结合飞机使用特点,确定战斗机机翼梁结构腐蚀-腐蚀疲劳试验环境-载荷谱.以此环境-载荷谱为基础,试验模拟油箱结构在地面停放和空中飞行所经历的腐蚀和腐蚀疲劳过程.采用结构和载荷谱分离的可靠性分析方法,研究腐蚀-腐蚀疲劳作用下结构的疲劳寿命.结果 对常温疲劳试验结果与腐蚀-腐蚀疲劳试验结果的对比分析,表明腐蚀环境虽然降低了结构疲劳品质,导致疲劳中值寿命降低,但对结构寿命分散基本无影响.结论 严重谱下疲劳分散系数可保证油箱结构的安全.     

基于疲劳累积损伤等效理论的PCB板振动加速试验研究

目的建立小样本情况下,通过试验及仿真结合求解PCB板在随机振动激励下的振动加速因子的方法。方法以疲劳累计损伤等效为研究基础,以PCB板为研究对象,通过实验室的动力学环境模拟试验,在施加相同谱型不同量级的随机激励载荷下的振动加速因子,并通过采用试验数据对仿真局部模型修正的方法得出PCB板在随机振动激励载荷下的振动加速因子。结果通过试验数据与仿真计算结果的对比,两种方法得出的振动加速因子的误差在5%以内,满足工程实践精度要求。且进一步的证实了该方法的可行性。结论对于不同种类的PCB板在进行小样本摸底试验及随机振动仿真计算的前提下,确定电路板产品的薄弱位置,之后通过疲劳仿真计算局部的疲劳寿命便可以求得一定精度要求下的振动加速因子。     

高温环境下薄壁试件随机振动疲劳研究

目的研究高温环境下薄壁试件的随机振动疲劳问题。方法综述国内外随机振动疲劳研究现状,制定有效的研究方案。首先,通过有限元法完成薄壁试件的动力学响应数值仿真计算与分析,基于改进的雨流循环计数法预估薄壁试件的疲劳寿命。然后,开展高温环境下薄壁试件随机振动疲劳试验,获取危险位置动力学响应与疲劳寿命。结果高温强振动环境下,结构的危险位置主要出现在固支边界或形状突变位置,且基频处的动力学响应峰值是结构疲劳寿命的主要影响因素,随温度和振动量级的增加,结构疲劳寿命呈抛物线降低趋势。结论通过仿真与试验的比对,验证了高温环境下薄壁试件随机振动疲劳仿真计算方法的有效性与可靠性。     

基于瞬态分析的浮动核电站高能管路冲击疲劳寿命评估

目的合理评估浮动核电站高能管路在水下冲击载荷下的疲劳寿命。方法开展高能管路静载、模态和瞬态响应分析,得到管路在水下冲击作用下的应力时程曲线,为管路疲劳寿命估算提供基本应力谱输入。基于冲击疲劳损伤模型,运用nCode疲劳分析软件,估算管路的冲击疲劳寿命。结果管路在一次冲击载荷作用下会经历多次应力循环,最大应力值超过材料屈服极限的11%。管路在横向冲击作用下的冲击疲劳寿命为3.95×10~4次。结论管路在冲击载荷作用下的最大应力响应发生在冲击输入的正向三角波之后,反向三角波之内,是由于惯性效应造成的响应滞后现象。管路固定端、弯头和三通是应力集中区域,管路疲劳破坏一般发生在这些局部区域。     

基于损伤等效的振动疲劳试验载荷转换

目的使用简谐激励替代随机平直谱激励进行振动疲劳试验。方法利用有限元仿真计算某典型铝合金试验件在简谐激励和随机平直谱激励下的疲劳寿命,分析2种工况下试验件寿命相等时激励的等效关系。进行一组定频激励试验和一组谱激励试验,对比试验结果,验证在某典型铝合金试验件上利用简谐激励替代随机平直谱激励进行振动疲劳试验的可行性。结果通过试验与仿真技术,对2024-T4铝合金试验件在一定频率非共振简谐激励和随机平直谱激励作用下的振动疲劳寿命规律进行研究,得出了不同激励作用下试验件寿命相同时载荷的等效关系。结论基于损伤等效,工程中可以使用简谐激励代替随机平直谱激励进行振动疲劳试验,从而解决了一类振动疲劳试验加载困难的问题,实现振动疲劳的试验加速。     

振动对航空电连接器的影响分析

目的 根据提高电连接器可靠性的要求,研究振动对航空电连接器的影响.方法 针对研究所的现有设备,开展电连接器的振动测试.根据厂家数据使用Solid works对某型号电连接器进行参数化建模,通过COMSOL模态分析获得接触件的固有频率,使用ANSYS Workbench对接触件进行瞬态动力学分析和谐响应分析.在不同的振动方向、振动频率和振幅下测试电连接器的接触电阻.然后,对电连接器执行对数扫频测试,以获得振动加速度对接触电阻的影响,仿真得到振幅对接触压力的影响.结果及结论 垂直振动电连接器比水平振动电连接器具有更高的接触电阻峰值.频率幅度越大,接触电阻越大.在敏感方向上,振动加速度量增大,接触电阻发生剧烈变化.     

基于ANSYS仿真的引信振动强化试验夹具设计

在引信振动强化试验中,对夹具的性能具有很高的要求。利用夹具设计理论对夹具所用材料、结构进行分析,并在有限元分析的基础上,利用ANSYS软件对所设计的引信夹具进行了模态分析,得出了夹具的固有频率,使之能够满足引信强化振动试验的要求。通过实验验证了仿真的有效性,从而为引信夹具的设计提供了一种新的方法。     

火箭发动机贮箱振动特性分析

为了研究某发动机充液和空载2种工况下贮箱的振动特性,利用流固耦合理论计算了2种工况下贮箱的模态和频率响应。结果表明：在充液工况下,各阶湿模态频率是空载时候干模态的0．5倍;在5—800Hz的激振条件下,空载工况下贮箱在第4阶模态处与外界振动激励发生共振;充液工况下贮箱在第3阶模态处与外界振动激励发生共振,空载状态下贮箱的频率响应的位移最大值为1×10mm,充液状态下贮箱频率响应的位移最大值为1×10^-57mm;充液使贮箱振幅减小,但使贮箱更容易与外界发生共振。     

某导弹振动夹具设计及测试分析

目的 设计符合某导弹振动试验要求的夹具.方法 采用SolidWorks和Workbench两种软件协同分析的方法,对振动夹具进行设计.首先使用SolidWorks建立导弹振动夹具的实体模型,之后在Workbench中采用有限元方法对夹具进行模态分析.根据模态分析结果,在对夹具进行多次的结构修改和分析计算后,得到满足设计要求的夹具.将设计合格的夹具加工制作后,在振动台进行传递特性分析,以验证设计和分析结果.结果 根据振动夹具模态振型的变化趋势,可以通过增加夹具的底板和立板的厚度来提高夹具的固有频率.通过计算,将夹具底板和立板的厚度均增加到30.0 mm时,夹具的固有频率达到了311.68 Hz.将加工好的夹具按照实际试验方式固定在振动台,并进行动态响应测试,得到夹具一阶频率为410.0 Hz.结论 设计方法达到了振动夹具的基频大于被试品3～4倍的目标,满足了导弹振动夹具的动力学特性要求.     

基于临界面的多轴振动疲劳寿命预测

目的提出一种新的基于临界面正应力的高周多轴疲劳寿命预测方法。方法通过对主应力进行投影,得到各时刻下临界平面内的应力大小,利用雨流法计算不同临界面下的疲劳损伤,并通过权函数,得到主应力的角度期望值,进而预测结构的疲劳寿命。结果通过试验件进行仿真模拟,对底端作用两个方向PSD频率范围为8～200 Hz,大小为0.006、0.003、0.008 g~2/Hz的强制加速度激励得到多轴应力响应,以此计算4种工况下的随机加速度振动疲劳试验预测寿命,对比试验寿命误差基本处于2倍界以内。结论新的基于临界面正应力的疲劳寿命预测方法能有效预测多轴振动疲劳寿命。