疲劳损伤谱时域、频域计算方法及其等效性验证

目的 验证疲劳损伤谱时域计算方法与频域计算方法的等效性.方法 将疲劳损伤谱的时域方法与频域方法编写为MATLAB程序,以典型载荷加速度功率谱为例,反推其加速度时程,分别用加速度功率谱、加速度时程数据通过频域及时域方法计算疲劳损伤谱,对比疲劳损伤谱曲线,从而验证时域算法与频域算法的等效性.结果 疲劳损伤谱的低频部分,时域方法得到的疲劳损伤大于频域结果;高频部分,时域算法与频域算法得到的曲线结果基本一致.结论 疲劳损伤谱的时域算法与频域算法具有等效性.     

基于Matlab/Simulink的导弹运输振动载荷分析

目的分析导弹在车辆运输中的振动载荷情况,为开展导弹结构可靠性分析和寿命预估提供输入条件。方法根据导弹运输车的动力学模型,利用Matlab/Simulink对不同路况条件下导弹运输车振动响应情况进行仿真计算,获得不同路况和运输车速时的振动响应情况。结果随着路面等级下降和车辆速度的增加,导弹运输车振动的幅值也相应增加。结论滤波白噪声方法模拟得到的时域路面功率谱与标准等级功率谱一致性较好,可以作为振动响应分析的输入激励。     

典型锥形结构两点响应控制试验研究

目的研究小长径比结构进行两点振动响应控制时的可行性,提升地面振动模拟真实性。方法针对一长径比约3:1的短圆锥结构,首先以圆锥表面气动载荷为振动输入载荷,通过数值仿真获得结构在自由状态下内部两点的加速度功率谱密度曲线,再采用激励杆和激励板的形式进行两点激励加载,控制要求的两点加速度响应。将真实响应的控制结果与常用梯形谱的控制结果进行对比,分析控制的有效性及结果的合理性。结果通过对比不同的两点激励加载部位,发现振动控制效果会存在明显差异,以仿真的结构响应作为振动控制谱,具有良好的振动控制效果,实际控制的功率谱密度曲线只在局部"谷"的地方和低频段出现超差,实际均方根值与要求均方根值差异较小。结论以仿真得到的结构内部响应作为振动控制谱,可以提高结构地面振动考核的真实性。当振动激励部位选择合适时,对于小长径比结构,也可以得到良好的控制效果。     

运输类飞机实测突风谱编制方法研究

目的 针对运输类飞机突风载荷谱编制需求,基于实测载荷数据和任务分析法原理,采用5×5谱编制方法,建立一种运输类飞机实测突风谱编制方法。方法 首先依据任务分析确定飞机典型任务剖面和任务段,对实测载荷数据进行预处理和统计分析,获得突风增量过载超越数的分布参数。然后通过得到的平均突风增量过载累积超越数曲线,编制各任务段载荷谱,进而编制任务剖面谱,按任务剖面比例,对任务剖面谱进行随机排序,编制得到了突风增量过载飞-续-飞谱。最后给出了一个示例以详细阐明该编谱方法。结果 该型运输机爬升任务段突风载荷谱相较其余任务段偏重。结论 通过该方法编制的突风载荷谱能够较好地反映实测突风载荷数据特点,方法具备合理性和可行性。     

导弹运输环境的单轴振动台模拟试验技术

简述了导弹运输环境的单轴振动模拟试验技术针对战术导弹特点建立平面解耦的导弹-贮运发射箱-运输车底板的离散化模型,给出了相应的用频响函数表示的多点响应与单点激励的关系式,采用跑车试验实测的弹体结构响应,求取单点激励载荷谱在最小二乘意义上的最优解,从而实现利用普通单轴振动台的单点激励进行导弹运输环境的试验室模拟。     

加筋板在复杂载荷下的振动疲劳寿命分析

目的研究航空工程结构部件——加筋板在准静态载荷和随机动载荷联合加载下的振动疲劳寿命预估问题。方法针对某铣制铝合金缺口加筋板,建立有限元模型,并采用时域法进行静动联合加载下的疲劳寿命分析。首先将准静态载荷分解为静力与正弦激励,以静力结果作为平均应力修正S-N曲线,再采用随机响应分析计算动载荷单独作用下结构危险点的应力PSD函数,通过逆傅里叶变换法,提取随机加载过程中的时域信号后,应用Von Mises等效准则,将其与正弦激励时域样本进行叠加,得到疲劳分析应力谱,再结合Miner线性累积理论和雨流循环计数法,计算得加筋板结构静动联合加载下的疲劳寿命。结果通过有限元仿真分析计算,得到加筋板在静动载荷共同作用下的疲劳寿命,对比试验寿命,误差基本在两倍界以内。结论由仿真与试验的结果对比说明,该方法可以有效预估试验件在静动载荷联合加载下的疲劳寿命,并能进一步推广到类似载荷下的疲劳寿命预估问题。     

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。     

基于路谱的随机振动耐久试验研究

目的 将多轴耐久转化为单轴耐久分析产品耐久性,大幅度降低开发成本和周期。方法 采用时域信号转化疲劳损伤谱,进一步转化功率谱密度,通过最大冲击响应谱控制路谱频域下极大值的方法生成台架试验条件。由于文中结合排气管开发进行认证,因此加入旋转构件造成的激励振源和阶次分析方法,并且形成了发动机激励和路面激励合成的台架试验谱。结果 该排气管振动耐久试验结果合格,市场及试验场并无开裂现象。结论 实现了加速试验效果,缩短了试验周期,降低了验证成本。     

抖振载荷谱等效简化方法试验研究

目的对抖振疲劳载荷谱等效方法开展试验验证工作。方法给出从抖振载荷响应应力概率密度函数分区等效常规疲劳响应应力的计算公式,分别进行模拟抖振试验和定频悬臂弯曲疲劳试验,后者试验的控制参数需要根据计算的等效应力进行设置和调整,对比两个试验中试件寿命的一致性。结果形成了有效的试验方法,试验结果与理论设计基本一致,进一步根据试验现象,提出了试验的改进方案。结论该等效方法有效。     

多维激励下结构随机振动响应分析

基于随机振动方法,以谱函数分析的方式,给出了典型结构在多维激励下的振动响应计算公式。根据理论分析的结果,计算了多激励单轴向和多激励多轴向的算例。结果表明,对于线性结构,多维激励下结构振动的响应谱为轴向上各个激励点时响应谱的叠加,但由于各点激励下结构振动的振型函数不同,结构响应可能比单个激励点激励时响应大,也可能小;在一些情况下,结构响应会丢失反对称振型的响应。多维激励下振型函数对结构响应的影响,应该引起工程结构设计人员的重视。     

某车载油箱在随机振动环境下的疲劳寿命研究

目的 针对某车载油箱高周疲劳寿命难以预测问题,研究该设备在随机载荷环境下的疲劳寿命。方法 首先通过模态试验得到油箱固有频率及振型,然后利用Solidworks建立该车载油箱的仿真模型,在ANSYS Workbench软件中进行模态分析、随机振动分析、谐响应分析。最后利用ANSYS Workbench软件中的nCode SN Vibration (DesignLife)模块,在随机振动疲劳寿命频域分析法基础上,通过nCode模块中的Narrowband法进行油箱在多个加速度功率谱密度下的疲劳寿命研究。结果 该油箱在约束模态试验和仿真分析下所表现的动力学特性基本相同,油箱纵向为振动严酷方向。在已知加速度功率谱密度下,油箱疲劳寿命随低阶固有频率处功率谱密度幅值的增加而降低,但油箱薄弱部位始终保持不变。结论 建立的仿真模型准确,可为油箱优化设计及后续油箱疲劳试验提供参考。     

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。     

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。     

基于FDS的CI柜体随机振动加速试验方法

目的 在实验室内更加真实地模拟牵引变流器(CI)柜体的超高斯振动环境.方法 采用疲劳损伤谱(FDS)的等效疲劳损伤原则,基于超高斯信号对该柜体进行振动试验加速方法的研究.提出疲劳载荷谱的概念及其计算方法,将采集的平稳超高斯加速度信号,基于时域的方法计算其FDS,进而转换成用于振动台试验的加速度功率谱密度,对CI柜体进行随机振动加速试验.结果 在保证与原始损伤当量一致的基础上,完成了对CI柜体的振动试验,未出现任何疲劳失效.结论 该试验方法与传统的高斯振动试验相比,尽管选择同等的加速试验时间,但其更能真实地反映出CI柜体所承受的超高斯振动环境,进一步精确地检验产品的耐久性能.