某梁结构静动联合加载疲劳研究试验件设计与分析

目的解决工程结构在交变静载荷和动载荷联合作用下的疲劳寿命预估难题。方法拟设计一梁结构试验件,方便施加静力与动载荷,并具有合适的疲劳寿命,用于静动联合加载下疲劳寿命预估研究。并采用名义应力法计算出静载荷作用下结构的寿命,采用频域法计算动载荷单独作用下结构的寿命,再以线性损伤累积理论为基础,以载荷块为单位来计算静动载荷联合加载下的寿命。结果初步给出试验载荷,得到静动载荷联合加载下危险点的寿命为1225 s。试件在1 h之内失效,满足设计要求。结论通过该方法,可以用来校核试件的实际寿命,以设计试件。     

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。     

某型飞机全尺寸雷达罩静强度分析与试验验证

目的考核某型飞机全尺寸雷达罩的静强度,验证其计算模型的准确性。方法采用有限元计算和静力试验相结合的方法,对某型飞机全尺寸雷达罩的承载能力进行研究与试验验证。根据雷达罩的结构特点和载荷分布情况建立有限元计算模型,进行应力应变计算与强度校核,得到了雷达罩的应力应变云图。在此基础上,选用最严重载荷工况对雷达罩的承载能力进行试验验证。通过试验总体方案设计及加载实施方案优化设计,采用矢量加载技术和软硬结合的加载方式对雷达罩施加拉压载荷,保证各加载点的载荷均与所在表面的法向相同,与雷达罩实际受载情况一致。结果雷达罩的应力水平较低,承载能力较高;试验实测应力结果与理论计算结果有偏差,但应力分布规律合理,与理论分析计算结果的趋势基本一致;静力试验结果证明雷达罩及其与机身连接结构能够满足静强度设计要求。结论雷达罩静力试验测得的应变数据与有限元计算结果吻合较好,雷达罩本体及其与机身的连接结构满足强度设计要求。     

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。     

高温环境下薄壁结构声疲劳失效验证技术研究

目的针对高温环境下薄壁结构声疲劳失效问题,研究分析薄壁结构在高温环境下的声疲劳失效特征,验证薄壁结构热声响应计算方法与疲劳寿命预估模型的有效性。方法较系统地阐述高温环境下薄壁结构声疲劳失效试验验证技术,重点总结热声疲劳试验环境建立与加载、高温环境下噪声测试、高温环境下动态响应测试和疲劳破坏寿命测试方法,并通过具体案例说明工程中试验验证方法的有效性。结果试验件在仿真计算与试验中的破坏位置一致,响应频率吻合较好,应力水平一致,疲劳寿命量级相当。结论薄壁结构热声响应计算方法与疲劳寿命预估模型的有效性高。     

基于数值仿真的全表面轮毂弯曲疲劳试验及疲劳寿命分析

目的 预测钢制全表面轮毂易产生疲劳破坏的危险区域,并分析其弯曲疲劳寿命。方法 针对全表面轮毂的弯曲疲劳试验工况,建立有限元分析模型,综合考虑螺栓拧紧方式、螺栓预紧力以及材料非线性特征的影响,通过在加载轴末端建立局部坐标系,实现载荷的分解,并最终实现弯矩的动态加载。在此基础上,进行轮毂的受力分析,然后构造适用于轮毂的应力寿命曲线,并使用名义应力法进行疲劳寿命预测。结果 动态弯矩的加载方向变化会显著影响轮辐表面的应力分布特点,螺栓预紧力施加后,螺栓孔附近区域的应力显著增大,在计算中应考虑其影响。在获得各节点载荷历程后,以高应力幅和平均应力为标准,筛选出了轮毂的危险节点。结论 基于数值仿真的本型全表面轮毂弯曲疲劳试验,危险节点位置均位于轮辐通风孔的内圆角附近区域,可有针对性地对该区域进行相应的优化设计,以进一步提高轮毂的弯曲疲劳寿命。分析得到当前轮辋弯曲疲劳寿命约7.6万次,符合国家标准的要求。     

热声复合环境下薄壁锥壳结构响应计算与疲劳寿命预估

目的研究热声复合环境下薄壁锥壳结构的动力学响应与疲劳寿命。方法采用耦合的有限元/边界元法,完成不同热声载荷下的振动应力计算。基于改进的雨流计数法,对不同热声载荷下危险点位置及典型位置的疲劳寿命进行预估。结果屈曲前随温度的增加,薄壁锥壳结构的基频降低,屈曲后在一定温度范围内时,基频增加。薄壁锥壳结构的应力集中主要出现在孔边位置,基频在热声激励响应中起主导作用。低阶固有频率处存在较大峰值,高阶频带范围内的峰值较小,模态密度较高。结论在800～1000℃的温度载荷与强声载荷下,薄壁锥壳结构的疲劳寿命只能维持几个小时,所以在抗声疲劳结构设计中要考虑响应谱的频率结构,及注重结构孔边位置的结构设计。     

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。     

直升机桨叶安装螺栓强度与疲劳寿命计算分析

目的 分析桨叶安装螺栓在不同位移载荷真实试车载荷以及螺牙缺齿情况下的剩余强度以及疲劳寿命。方法 基于有限元方法分析不同载荷下桨叶安装螺栓的对数应变,依据失效应变判定其强度,提取有限元模型的单元应力,通过临界平面法计算最大组合应力平面,运用曲线走势、损伤准则预估桨叶安装螺栓的疲劳寿命。结果 0.36 mm位移载荷下螺栓应变未达到破坏值,真实试车载荷超过4倍情况下,螺栓失效的可能性较高,螺栓断牙超过2个,失效风险较高。依据试车载荷谱,初始长度螺栓寿命为20 794 h,初始长度螺栓断1螺牙寿命为10 912 h,拉伸至29.36 mm螺栓疲劳寿命为7 725 h。结论 在额定载荷状态下,材料结构破坏的可能性小。实际载荷超过4倍、螺栓断牙超过2个情况下,应力应变状态显著恶化,桨叶安装螺栓失效的风险较高,需要预防超载荷过大的情况,还需在修理过程中关注螺栓螺纹的损伤情况,即螺纹的正常磨损可不作为故障进行更换,但出现掉牙、断牙情况则需要更换。     

复合材料胶接修理对含腐蚀损伤铝板力学性能的影响

目的研究复合材料胶接修理对含腐蚀损伤铝板静强度和疲劳寿命的影响。方法设计加工模拟铝合金腐蚀损伤的试验件,采用复合材料胶接修理技术对试验件进行修理,通过有限元分析和试验验证的方法考核该修理技术对试验件力学性能的影响。结果有限元计算结果表明,复合材料胶接修理技术能够有效缓解试验件的应力集中情况。试验件修理后与修理前的对比静强度和疲劳试验结果表明,Ⅰ型试验件的破坏载荷提升了45.9%,疲劳寿命增加了9.3倍;Ⅱ型试验件的破坏载荷提升了11.4%,疲劳寿命增加了3.6倍。结论复合材料胶接修理技术是一种高效的飞机铝合金结构腐蚀损伤修理方法。     

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。     

重复碰撞载荷下加筋板结构的动态响应研究

目的 探究船体加筋板结构在受到重复碰撞载荷作用下塑性变形的累计趋势,分析加筋板主要参数对损伤演化过程的影响,揭示高速、重复冲击下船体加筋结构的变化机理。方法 以一纵三肋加筋板为研究对象,建立基于能量法的刚塑性加筋板动态变形计算方法,以及基于Johnson-Cook本构关系的数值模拟方法,开展不同板架厚度、冲击能量以及冲击尺寸等参数对加筋板变形演化影响的研究。结果 对比分析了理论模型和数值方法,获得了不同参数下的加筋板的结构损伤演化规律。结论 理论解和数值解较为吻合。冲击能量增加后,加筋板的塑性变形量、塑性变形累积速度也随之增加。载荷集中程度越大,对于碰撞边界的破坏效应越大。     

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。     

考虑脉动压力相关性的自由体随机振动分析

目的 获得自由体在脉动压力载荷作用下的结构响应.方法 采用有限元方法 ,建立锥壳自由体结构的随机振动分析有限元模型,根据自由体的脉动压力载荷和随机振动分析理论,计算自由体在脉动压力下的加速度响应均方根值.结果 载荷为一定程度相关时的计算结果 在完全相关和不相关之间,最小相差约15％,最大相差约50％.结论 在进行自由体...