碳/碳复合材料加筋板结构热声疲劳应力计算与寿命预估

高超声速飞行器中大量使用复合材料薄壁结构,而高温强噪声的恶劣工作条件严重影响复合材料薄壁结构的耐久性和完整性。利用有限元方法计算两边固支碳/碳复合材料加筋板在不同温度和声压级下的振动响应,得到危险点的应力响应时间历程、应力均方根值与应力功率谱密度。使用优化的雨流循环计数法对碳/碳复合材料热声疲劳动应力响应进行循环计数,分析热噪声载荷下加筋板危险点的应力响应情况,并结合线性损伤累积理论和疲劳寿命曲线预估结构的疲劳寿命。将结果与国外热声疲劳试验结果进行对比,验证了所提方案计算仿真的正确性。

典型机身结构随机声疲劳寿命分析研究

以某型飞机机身盒段为研究对象,建立了其仿真分析模型。将模型导入ABAQUS软件中进行模态分析。结合声学基本理论和随机振动理论,在LMS Virtual.Lab软件中采用间接边界元法对结构进行声振耦合计算。采用Miner疲劳寿命估算法则以及Goodman直线校正方法对平均应力进行了修正,结合材料的S-N曲线求得结构的疲劳寿命。结果显示,损伤严重的区域依次为机身盒段上蒙皮和周边蒙皮,底部的损伤最小。研究了声压级和结构形式对机身盒段声疲劳寿命的影响,结果表明,以衰减后的声压级作为声载荷以及含罐体的双层结构都使得机身盒段的声疲劳寿命增加。

基于应力概率密度和功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法研究

针对航空发动机燃烧室火焰筒结构的声疲劳问题,研究了一种用于随机载荷下结构疲劳寿命预估的有效方法。首先,对薄壁结构在随机载荷作用下的Von Mises应力过程的概率分布作了研究,给出了应力峰值概率密度函数的表达式。基于Miner线性理论,提出了基于应力概率密度和功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法,并建立了疲劳寿命预估模型。以某型航空发动机燃烧室火焰筒结构为例,在采用耦合的有限元和边界元方法计算出随机声疲劳应力基础上,应用所建立的模型进行了疲劳寿命估算,并对计算结果进行了宽带修正。结果表明,该方法对航空薄壁结构随机疲劳寿命分析具有实用性。

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。

关于航空发动机结构声疲劳寿命估算方法的探讨

噪声载荷是一种高频、宽带随机载荷,在低循环疲劳寿命预测中被广泛采用的时域计数法很难直接利用。根据现有的累积疲劳损伤理论,噪声载荷下结构疲劳寿命分析的关键在于如何在频域中获得雨流循环的概率密度函数。本文对从疲劳应力功率谱密度出发获得寿命估算所需要的应力峰值或应力雨流循环幅值的概率密度函数的方法进行了分析与比较,并对发动机结构声疲劳分析中值得深入研究及发展的方法给出了建议。

基于雨流计数法和功率谱密度法的随机声疲劳应用研究

针对燃烧室火焰筒结构中的声疲劳问题,研究了2种用于随机声载荷下结构疲劳寿命预估的有效方法。雨流计数法实时计数模型计数简单,直接对载荷时间历程进行计数,克服了以往计数模型的局限性;基于iMner线性理论,提出了基于功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法,并建立了疲劳寿命预估模型。对某型航空发动机燃烧室火焰筒结构进行了疲劳寿命估算,结果表明2种方法对航空薄壁结构随机疲劳寿命分析具有实用性。

结构声疲劳寿命估算的功率谱密度法

通过对现行传统声疲劳分析方法的回顾，以及对声疲劳学科所涉及的理论领域的深入研究，提出了进行声疲劳分析的功率谱密度法。它能够解决或部分解决传统声疲劳分析存在的问题，能够考虑多模态复杂结构的噪声响应，完成让许多科技工作者感到困扰的频域到时域的转换。同时，疲劳寿命计算中常规Ｓ—Ｎ曲线的应用将有助于改善随机疲劳试验曲线缺乏和等效随机疲劳曲线应用限制条件多的现状。算例结果表明，功率谱密度法作为一种声疲劳分析方法不但可行，而且限制条件更少、计算结果更好。

基于联合概率密度的随机声疲劳寿命估算方法

针对燃烧室火焰筒结构随机声疲劳问题,根据有限带宽高斯白噪声载荷作用下结构振动响应功率谱密度得到雨流循环均值-幅值条件概率的计算式,结合雨流循环幅值概率密度Dirlik经验公式推导出雨流循环均值-幅值联合概率密度函数,克服了在疲劳寿命估算中只考虑幅值、忽略雨流循环均值影响的局限性。根据Miner线性累积损伤理论,运用获得的联合概率密度函数建立声疲劳寿命的估算方法。以某型航空发动机燃烧室火焰筒结构为例,利用耦合的有限元和边界元方法进行振动响应计算分析。基于应力响应结果,运用提出的方法对火焰筒结构进行疲劳寿命估算,并分析不同声压级的声载荷对火焰筒结构疲劳寿命的影响。研究表明,该方法对航空薄壁结构声疲劳寿命分析具有适用性。

飞机典型结构件的声疲劳实验研究

飞机典型结构件为蒙皮、框和长桁组成的双向双加筋的九格壁板结构。利用高声强行波管系统,以典型试件中心格的第一阶频率为中心、1/3倍频程为带宽的窄带随机谱激励,再现壁板结构的声疲劳破坏方式。通过原始状态的典型试件的两次预试验,发现了原典型结构件的设计缺陷。采用三种方式对原结构框的两端进行了支持加强,得到各种支持状态下的声疲劳破坏形式。

燃烧室声载荷时域信号预测自回归模型——时域Monte Carlo法预测结构声疲劳

利用航空发动机燃烧室噪声测试数据,采用时间序列自回归滑动平均分析方法建立了燃烧室噪声及动压预测模型ARMA(17,16),并用其对噪声时间历程进行了最佳预测。

基于局部应力应变场强法的结构声疲劳寿命估算

针对带有缺口薄壁结构的声疲劳寿命估算问题,研究了基于局部应力应变场强的缺口结构随机疲劳寿命估算方法。该方法能同时考虑局部应力应变梯度和多轴应力应变对疲劳损伤的影响。以薄壁开孔柱壳结构为对象,在声激振响应分析基础上,计算出孔边局部位置处的应变场强谱,并估算出疲劳寿命。对比分析表明,该方法对带有缺口薄壁结构声疲劳寿命估算具有可行性。

航空发动机机匣结构声疲劳分析技术

结构的声疲劳问题是航空领域经常遇到的,而航空发动机结构声疲劳领域的研究尚处于起步阶段。以机匣结构作为研究对象,描述了机匣结构的声激励响应问题,声疲劳研究的发展,目前分析结构声疲劳问题的一般方法及存在的问题,并对航空发动机燃烧室结构件的声疲劳分析技术进行探讨。

结构声疲劳寿命估算中的随机响应分析——功率谱密度法

通过对传统声疲劳分析方法的回顾，以及对声疲劳学科所涉及的理论领域的深入研究，作者认为传统的声疲劳分析方法在响应计算中存在明显不足，它仅考虑了少数固有频率甚至单一固有频率的影响，对一个宽频带的噪声激励谱的响应分析过于粗糙，对于高声压级的噪声载荷，由于非线性大挠度的影响使结构固有频率发生偏移，分析计算结果误差更大。为此，本文提出所谓功率谱密度法。

基于雨流计数法的随机声疲劳寿命估算方法研究

针对飞机结构中的声疲劳破坏问题,以雨流计数法的基本原理和计数规则为基础,研究了雨流计数法在M atlab语言中的具体实现方法并得到载荷谱,结合材料性能S-N曲线在M iner线性累积损伤理论准则下估算结构疲劳寿命。并以某航空薄壁柱壳结构为例进行疲劳寿命估算,取得了良好的效果,从而为结构的声疲劳寿命估算提供了一种可行的方法。

基于功率谱密度的结构声疲劳寿命估算方法研究

针对航空结构的声疲劳破坏问题,提出了结构声疲劳寿命估算的两种方法:时域统计法和功率谱密度法,其主要采用功率谱密度方法,应用振动理论、强度理论、M iner线性累积损伤理论和S-N曲线关系式等相关理论,建立了结构受窄带和宽带随机噪声载荷作用下的疲劳寿命估算公式,为工程上估算结构疲劳寿命提供了一定的参考价值。

直升机抗噪声疲劳设计中的噪声测量

首先,以空气动力理论为基础,对直升机噪声的产生机理进行了分析,描述了直升机的噪声特性;然后,对直升机噪声测量的测试系统进行了阐述,并以小松鼠直升机为例,给出了直升机噪声测量的飞行航迹;还对直升机噪声的几种评价标准进行了说明,以实测数据为例介绍了直升机噪声处理的常规方法,其中包括A计权、1/3倍频程及声暴露级SEL等的计算;最后,给出了典型的数据处理结果。

基于改进雨流法的复合材料薄壁结构随机声疲劳寿命估算

复合材料薄壁结构在强噪声载荷下发生大幅值非线性响应,结构内部产生的复杂应力严重降低了结构的疲劳寿命。用有限元方法预测复合材料薄壁板在噪声载荷下的非线性随机响应,通过层合板理论和冯卡门大挠度方程建立运动方程。在结构热声激振非线性响应分析基础上,采用改进的雨流循环计数法对应力响应时间历程进行疲劳循环计数,结合线性损伤累积理论和S-N曲线估算板的声疲劳寿命。以石墨环氧材料为例,计算得到了有限带宽高斯白噪声作用下的非线性响应和疲劳寿命。结果表明,固支板的寿命比简支板的寿命短。

基于局部应力应变场强法的薄壁缺口结构随机声疲劳寿命估算

航空发动机火焰筒结构在随机声激励下的寿命估算属于典型的多轴疲劳问题。对航空薄壁结构随机声疲劳寿命估算的峰值概率密度法和功率谱密度法进行了探讨。在应力场强法的基础上,深入研究了一种用于薄壁缺口结构随机疲劳寿命估算的有效方法——局部应力应变场强法,该方法能同时考虑缺口局部应力梯度和应变梯度对疲劳损伤的影响。以薄壁缺口结构作为研究对象,结合声疲劳问题分析的一般方法,对局部应力应变场强法在声疲劳寿命估算中的运用进行了研究。

航空薄壁板结构高温声疲劳分析

采用解析方法,分析了薄壁板结构在热载荷与噪声联合作用下的响应特性;依据薄板的大挠度非线性理论,采用以基频响应为主的单自由度模型,推导出了具有温度影响的非线性运动方程,并利用等价线性化方法将该方程线性化,在此基础上得出了应力响应的统计特性。

飞机声疲劳裂纹扩展的分析方法研究

随着近年来各种大型、超高速飞行器的加速研制,发动机噪声越来越高,随之而来的结构声疲劳问题也越来越引起人们的重视。作为一种非常规的高周低应力振动疲劳问题,声疲劳裂纹扩展的处理是一项工程难题。分析了声疲劳裂纹扩展问题的主要技术难点,改进了虚拟裂纹闭合法(VCCT),并将其应用到某飞机结构声疲劳问题中,对某飞机结构在噪声载荷作用下的裂纹扩展情况进行了计算。结果表明,改进后的VCCT方法合理可行,具有一定的工程应用价值。不过由于材料在随机振动载荷作用下的裂纹扩展参数与静态(或准静态)下会有所差异,故对于分析中使用的材料参数,应该进行静-动转换或者通过专门的动态试验来测得。