一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命分析方法

提出了一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命估计的频域分析方法。首先,对结构进行频响分析,得到在基础加速度激励下的应力频响函数矩阵,通过随机振动分析,得到结构应力的功率谱密度矩阵;其次,采用等效的Von Mises应力功率谱密度将多轴应力问题转化为单轴应力问题;最后,利用单轴应力疲劳寿命估计的频域分析方法对结构疲劳寿命进行估计。对一典型构件在多轴向随机激励下的疲劳寿命进行了计算,并与实验结果进行了对比。另外,对构件在多轴向同时激励与单轴分别激励的疲劳损伤结果进行了对比分析,表明多轴向同时振动具有明显的多轴效应,因此进行多轴向振动疲劳研究十分必要。

多轴向随机激励下结构疲劳失效的判定方法

对多轴向振动环境下结构振动疲劳失效行为进行了试验研究,提出了2种多轴随机振动疲劳试验试件疲劳失效的判定方法。通过激光测振仪和35670A动态信号分析仪对结构的1阶固有频率进行跟踪监测,通过动态应变测试系统对试件缺口部位的应变进行了实时监测。根据试验数据,分析了多轴向振动环境下疲劳裂纹扩展与固有频率变化和应变变化的关系,确定了2种疲劳失效的试验判定准则,并对2种判定方法的适用性进行了讨论。

一种多轴向耦合随机激励下缺口试件振动疲劳寿命预测方法

提出了一种多轴向耦合随机激励下缺口结构振动疲劳寿命预测的频域分析方法。实施了缺口试件的双轴向随机振动疲劳试验,研究了两个振动轴向上载荷谱之间的相干性和相位差对缺口试件疲劳损伤的影响规律;通过随机振动分析计算得到试件缺口根部各节点的应力功率谱密度矩阵,并假设缺口试件裂纹萌生点为历经von Mises应力最大均方根值的节点;缺口试件疲劳临界点可由疲劳裂纹初始点和修正临界距离理论确定;在疲劳临界点处通过Carpinteri-Spagnoli频域准则计算缺口试件的振动疲劳寿命,并与试验结果进行了对比。结果表明:该多轴缺口疲劳预测方法具有较高的预测精度,绝大部分预测结果都在3倍误差带内。

一种估计结构多轴随机振动疲劳寿命的临界平面法

为了估计结构在多轴随机振动状态下的疲劳寿命,提出了一种利用方向余弦确定危险平面,基于临界平面法的频域分析方法。该方法基于结构危险点的应力功率谱密度矩阵,将经过危险点且剪应力方差最大的平面作为结构的临界平面,然后将该平面上的正应力与剪应力进行线性组合得到等效应力功率谱密度函数,最后结合线性疲劳损伤累积理论与Tovo-Benasciutti法确定结构的寿命。对几种金属构件在多轴随机激励下的疲劳寿命进行了计算,并与实验结果进行了对比,结果表明误差在2.5倍以内,说明了该方法的可行性。