結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞壽命分析方法研究

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1、結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞壽命分析方法研究注釋表D疲勞損傷量erf()誤差函數(shù)E彈性模量f頻率G(ω)單邊功率譜密度H()傳遞函數(shù)KT理論應(yīng)力集中系數(shù)K σ均方應(yīng)力集中系數(shù)Kf疲勞缺口系數(shù)n加載次數(shù)NT時(shí)間疲勞壽命N循環(huán)疲勞壽命p()概率密度函數(shù)P概率S應(yīng)力幅值Sae理論疲勞極限Sb抗拉強(qiáng)度Se光滑試件的疲勞強(qiáng)度Seq,Sh等效應(yīng)力Sm應(yīng)力均值Smax最大局部彈性應(yīng)力SN缺口試件的疲勞強(qiáng)度Sp峰值應(yīng)力Sv谷值應(yīng)力S名義應(yīng)力S(ω)雙邊功率譜密度函數(shù)0XT,t時(shí)間xd(t)抽樣函數(shù)X(t)平穩(wěn)隨機(jī)過程RX(τ)自相關(guān)函數(shù)ε帶寬系數(shù)εｅ彈性應(yīng)變?chǔ)貌灰?guī)則因子Γ()伽馬函數(shù)?初始

2、相位ν單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)kν峰值期望率ν+均值正穿越期望率Pσ應(yīng)力均方根值ω圓頻率?D疲勞損傷增量?S應(yīng)力幅值增量?應(yīng)力變程?εσｐ塑性應(yīng)變—XII—承諾書本人聲明所呈交的博士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書）作

3、者簽名：日期：南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論1.1引言飛機(jī)在振動(dòng)環(huán)境作用下，進(jìn)氣道、機(jī)翼、尾翼、燃油管道、航炮支架等結(jié)構(gòu)都會(huì)因振動(dòng)載荷作用而出現(xiàn)疲勞破壞。典型飛機(jī)振源包括：由推進(jìn)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力源、螺旋槳、噴氣流傳給飛機(jī)結(jié)構(gòu)的力和力矩；尾流、下洗氣流等氣流擾動(dòng)傳給飛機(jī)的力和力矩；機(jī)炮發(fā)射、炮口爆炸波或其它武器發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的力；抖振力；由諸如螺旋槳、轉(zhuǎn)子及發(fā)動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生的固有的和制造偏差所引起的不平衡力；由外掛和貨物投放所產(chǎn)生的力；飛機(jī)進(jìn)行必要地面操作產(chǎn)生的力；陣風(fēng)載荷等[1]。公路、鐵路以及海洋運(yùn)輸?shù)冉煌üぞ咄瑯犹幱谡駝?dòng)環(huán)境中，振動(dòng)載荷導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)疲

4、勞破壞問題不能忽視。結(jié)構(gòu)的振動(dòng)疲勞涉及結(jié)構(gòu)振動(dòng)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、隨機(jī)振動(dòng)以及結(jié)構(gòu)疲勞等多個(gè)學(xué)科，雖然振動(dòng)疲勞問題在工程實(shí)際中廣泛存在，但是有關(guān)振動(dòng)疲勞的研究尚處于起步階段。目前對(duì)振動(dòng)疲勞與一般循環(huán)疲勞的本質(zhì)區(qū)別的研究很少[2,3]，結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞的定義尚不明確，姚起杭[4]只給出了共振疲勞的定義。根據(jù)載荷以及響應(yīng)的特點(diǎn)給出振動(dòng)疲勞的定義：振動(dòng)疲勞是指結(jié)構(gòu)在振動(dòng)載荷作用下引起結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的疲勞破壞。振動(dòng)疲勞的響應(yīng)為隨機(jī)過程，與一般循環(huán)疲勞不同，采用現(xiàn)有的疲勞壽命估算方法不能進(jìn)行結(jié)構(gòu)的振動(dòng)疲勞壽命預(yù)測(cè)。結(jié)構(gòu)的振動(dòng)疲勞壽命分析首先要進(jìn)行振動(dòng)載荷作用下結(jié)

5、構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析，然后基于動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)的振動(dòng)疲勞疲勞壽命估算。隨著隨機(jī)振動(dòng)理論和動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，線性結(jié)構(gòu)在振動(dòng)載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算方法已日趨成熟，振動(dòng)疲勞壽命估算方法是振動(dòng)疲勞壽命研究的主要內(nèi)容。材料的疲勞壽命曲線是結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞壽命估算的重要依據(jù)，現(xiàn)有的材料疲勞壽命曲線模型只能描述低周疲勞或高周疲勞區(qū)域內(nèi)循環(huán)應(yīng)力和疲勞壽命之間的關(guān)系，高頻低幅振動(dòng)載荷環(huán)境中，結(jié)構(gòu)發(fā)生超高周疲勞破壞，振動(dòng)響應(yīng)中有很大概率的幅值位于超高周疲勞區(qū)域，所以對(duì)超高周疲勞區(qū)域疲勞壽命曲線的研究很有必要；工程結(jié)構(gòu)所承受的振動(dòng)載荷頻率與疲勞壽命曲線的試驗(yàn)頻率不同時(shí)，頻率對(duì)疲

6、勞壽命曲線影響的研究對(duì)振動(dòng)疲勞壽命估算有很大的現(xiàn)實(shí)意義。影響因素眾多以及分析復(fù)雜是制約結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞壽命研究的又一方面。除了應(yīng)力集中、平均應(yīng)力等主要影響因素外，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性，如阻尼，也對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)疲勞壽命有很大影響，是結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞壽命研究中不能回避的問題?！?—結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞壽命分析方法研究1.1結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞研究現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞研究?jī)?nèi)容涉及了結(jié)構(gòu)振動(dòng)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、隨機(jī)振動(dòng)以及結(jié)構(gòu)疲勞等多個(gè)學(xué)科，目前廣泛開展的關(guān)于振動(dòng)疲勞的研究大致可分為以下幾個(gè)方面：(1)振動(dòng)載荷作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析；(2)結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞壽命估算方法；(3)結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞的主要影響因素；(

7、4)結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞試驗(yàn)研究。本文僅涉及(2)、(3)和(4)方面的有關(guān)內(nèi)容。1.2.1振動(dòng)疲勞壽命估算結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞與一般循環(huán)疲勞相比，疲勞損傷機(jī)理相同，振動(dòng)疲勞壽命分析的思路也相同。結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析包括四大內(nèi)容：結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)部位的響應(yīng)、疲勞壽命估算方法、材料疲勞性能的描述和疲勞累積損傷理論。結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析首先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)分析，得到外載荷作用下的結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)部位的響應(yīng)，然后根據(jù)材料的疲勞性能曲線和疲勞累積損傷理論進(jìn)行壽命估算。一般的結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析流程如圖1.1所示。圖1.1一般的結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析流程結(jié)構(gòu)疲勞壽命估算基于結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，不同的響應(yīng)需要不同的方法進(jìn)行壽命估

8、算。根據(jù)所獲得的應(yīng)力或應(yīng)變響應(yīng)，將疲勞壽命估算方法分