温度效应对铝合金壁板高频声振疲劳寿命的影响研究

基于统计能量分析方法,计算了不同温度条件下飞行器铝合金壁板的高频声振响应及均方应力;采用零阶矩应力谱法获得了简化应力功率谱,结合频域疲劳寿命分析方法计算了壁板的高频疲劳寿命。分别研究了温度变化导致结构的刚度、材料S-N曲线变化对铝合金壁板高频疲劳寿命的影响规律。研究结果表明:仅考虑刚度变化时,随着温度升高,危险点响应和均方应力均逐渐减小,进而导致壁板疲劳寿命变长;综合考虑刚度、S-N曲线随温度变化时,温度由20℃升高到100℃或降低至-60℃,均会导致铝合金壁板疲劳寿命显著缩短。高频声振疲劳这一特殊的温度效应,对高超声速飞行器的设计而言是一个新的发现。

温度效应对壁板动响应及疲劳寿命影响研究

飞行器壁板在热振环境下承载能力会明显下降甚至出现疲劳破坏。针对上述问题,采用有限元法建立铝合金壁板热振分析模型,结合频域疲劳寿命预报方法研究材料热物性参数、热应力对壁板动响应及疲劳寿命的影响规律。研究结果表明,随着温度升高,热应力会导致壁板危险点应力功率谱峰值及均方根应力明显增大,而弹性模量随温度变化对应力功率谱峰值及均方根应力影响很小。壁板动响应随温度变化对疲劳寿命的影响主要来自于热应力,但对壁板疲劳寿命的贡献量很小。温度效应对铝合金疲劳性能的影响是决定壁板疲劳寿命的主要因素。