基于频域分析的机载液压驱动装置疲劳寿命预测方法研究

目的 采用时域雨流法和4种频域振动疲劳分析方法对机载液压驱动装置的危险部位进行寿命预测及频域方法适用性研究。方法 首先通过有限元随机振动分析得到该结构耳片危险区域的应力PSD,计算的谱宽系数都集中在0.3~0.35,是窄带和宽带分界区域。然后运用4种典型的载荷谱估计模型,即三区间法、基于Dirlik雨流幅值经验模型、用于窄带过程的Rayleigh分布模型、Weibull分布模型,得到危险位置的疲劳寿命安全系数。接着将应力PSD映射为应力-时间序列,并基于雨流计数法得到疲劳寿命安全系数。最后以时域疲劳预测结果基准,对4种频域方法的适用性进行讨论。结果 预测结果显示,Dirlik方法预测的9个安全系数最为可靠,Rayleigh法结果一般,三区间法和Weibull法最差。结论 在窄带和宽带分界区域的谱宽系数,建议采用Dirlik方法,不建议采用三区间法和Weibull法。

点焊结构在随机振动环境下的疲劳寿命研究

在叙述振动疲劳寿命频域法中的Dirlik方法的基础上,根据模态试验修正有限元模型,采用有限元方法对点焊结构进行随机振动疲劳寿命预测。分析了不同PSD谱型对随机振动疲劳寿命的影响。结果表明:同一振动量级下,处于第1阶固有频率段的PSD幅值增加,随机振动疲劳寿命呈现明显下降趋势;在白噪声加速度功率谱作用下,功率谱密度幅值保持不变的条件下,随着带宽的增加,随机振动寿命呈现减小趋势,第1阶模态频率与第2阶模态频率间的非共振区频率段对随机振动疲劳寿命的影响是不可忽略。

振动载荷下薄板疲劳寿命预测

为避免因时域信号过长而无法加载的情况,采用传递函数理论进行应力危险部位处应力功率谱密度仿真与实验验证。根据带宽系数确定Dirlik的寿命预测方法,结合S-N曲线进行基于功率谱密度下的疲劳寿命预测,并通过时域法进行寿命结果验证。结果表明:Dirlik方法寿命结果和时域法相对误差较小,寿命预测方法准确,为提高汽车零部件的疲劳寿命精度研究提供参考。

基于统计能量理论的飞行器壁板高频声振疲劳寿命预报及参数设计

为研究高速飞行器受高频脉动噪声载荷激励下的结构声疲劳问题,讨论了基于应力谱的频域疲劳损伤计算方法。该文提出了一种基于统计能量理论(SEA)的结构高频随机振动疲劳寿命计算方法。在该方法中,首先采用SEA计算子系统的均方应力,然后引入模态间隔的Rayleigh和Poisson分布假设,生成飞行器壁板的随机模态空间并构建危险点的应力谱曲线,进而结合频域疲劳寿命分析方法,采用Monte Carlo模拟求解壁板的疲劳寿命。验证分析表明,基于SEA和Monte Carlo模拟的结构高频声振疲劳寿命分析方法计算精度高,是高速飞行器强度设计的一种可靠方法。在此基础上,考察了壁板厚度和结构阻尼参数对壁板声振疲劳寿命的影响,计算结果表明,当输入声压谱一定时,存在局部最优解,采用该局部最优解作为壁板的设计参数可明显降低结构质量。

某机载爆炸螺栓的振动疲劳寿命分析方法研究

针对某机载爆炸螺栓在实验中出现的振动疲劳断裂问题,以该爆炸螺栓的实际结构和使用工况为研究对象,采用频域法对振动疲劳寿命进行了计算与评估,得出了适用于该工况下爆炸螺栓的振动疲劳寿命计算模型。将计算结果与随机振动实验结果进行对比,结果表明频域Dirlik法计算结果更接近实验结果,计算误差在50%以内,因此,Dirlik法可用于该工况下爆炸螺栓的振动疲劳寿命计算。

撒砂装置振动疲劳寿命评估研究

在轨道车辆实际运营过程中,经过准静态疲劳校核后的结构会出现由于随机振动疲劳而导致结构失效的现象。基于此,文章以动车组撒砂装置为例,分别基于标准IEC 61373中定义的各方向轴箱加速度功率谱和基于实测数据的考虑多特征频带的平直谱作为载荷输入,结合时域法、Dirlik法、Lalanne法、Rayleigh法和Zhao-Baker法对动车组撒砂装置振动疲劳寿命进行了评估。结果表明,在4种频域法结构损伤的计算结果中,Zhao-Baker法和Dirlik法与时域法损伤计算结果较为接近,而Lalanne法和Rayleigh法相差较大,说明Zhao-Baker法和Dirlik法对撒砂装置结构损伤计算较为准确,可以用于动车组撒砂装置的随机振动疲劳研究。另外,相比实测线路数据,标准IEC 61373中定义的功率谱高估了低频范围的撒砂装置服役载荷幅值水平,而忽略了大于500 Hz频率范围对撒砂装置疲劳强度的影响。

基于车辆弓网双耦合的受电弓随机振动疲劳分析

针对高速列车受电弓弓头结构多发的疲劳破坏问题,考虑车体与弓网振动的共同作用,提出基于车辆弓网双耦合的多点随机振动疲劳分析方法。首先,根据某型受电弓的实际物理模型,建立有限元模型用于数值计算;其次,结合线路实测数据与IEC 61373:2010试验标准中的功率谱(ASD)对其进行加载,进行多点随机振动谱分析及应力计算,在此基础上,利用Dirlik法对受电弓进行随机振动疲劳分析;最后,将分析结果与未加载车体激励的结果进行对比。对比结果表明:多点随机振动激励下,受电弓的加速度功率谱响应频段集中在15~25 Hz,且在多频率点处响应较单点更加强烈;在弓头关键焊缝的疲劳分析中,弓网间高频振动是造成疲劳破坏的主要原因,但车体振动对结构造成的疲劳损伤可达8.6%,因此在进行弓头关键焊缝强度评价时,应综合考虑车体振动与弓网振动的影响。