一种采用SWT应力模型薄壁结构疲劳寿命预估方法技术

本发明专利技术公开一种采用SWT应力模型薄壁结构疲劳寿命预估方法，在对获取的应力响应极值序列完成一次计数基础上，创新性的再对应力响应循环进行二次处理，将前一步骤中已完成计数的循环的两个极值点从极值序列中删除，并将发散波和收敛波进行对接，获取新的极值序列，并进行重复计数,克服了传统雨流计数法在应力循环计数过程中，由于存在遗留点所构成的发散波引起的数据缺失，从而影响有效循环计数准确性问题，从而保证了计算结果的正确性，充分将载荷加载及动力学应力应变响应的时序考虑在内，结合随机疲劳理论，建立了一种采用SWT平均应力模型的薄壁结构随机疲劳寿命预估方法，适用于工程中复杂薄壁结构热声疲劳寿命预估问题。工程中复杂薄壁结构热声疲劳寿命预估问题。工程中复杂薄壁结构热声疲劳寿命预估问题。

【技术实现步骤摘要】
一种采用SWT应力模型薄壁结构疲劳寿命预估方法


[0001]本专利技术涉及飞行器寿命评估
，尤其是涉及一种采用SWT应力模型薄壁结构疲劳寿命预估方法。

技术介绍

[0002]高超音速飞行器热防护蒙皮、航空发动机主燃烧室火焰筒等大量采用高温合金和陶瓷基复合材料等薄壁结构。这些结构在工作时因气动热和复杂脉动压力波持续作用，将引起结构失稳、强度储备不足、以及变形过大等结构破坏问题。其中，薄壁结构在热和声波联合作用下的振动疲劳失效是重要的破坏形式之一，即结构热声疲劳问题必须加以深入研究和解决。热声载荷作用下薄壁结构动态特性改变，材料性能发生变化，引发结构复杂的大挠度非线性响应，严重影响了结构强度和可靠性。由于高超音速飞行器以及航空发动机的结构设计的需求，开展航空航天薄壁结构寿命预估尤为重要。
[0003]航空航天薄壁结构常受到振动、热载荷、高强噪声、冲击、过载等复合载荷的联合作用，这些载荷多个存在，结构的强度、刚度、稳定性和可靠性以及疲劳寿命因此受到很大影响。高温声疲劳性能分析以及试验研究是现代高速飞行器结构安全性与可靠性设计中十分重要的一环，但由于航空发动机工作中所处环境复杂，测试成本过高且难度过大，致使高温声载荷下薄壁结构疲劳失效问题难以解决。针对这一现象，需要一种有效的热声环境下薄壁结构动力学响应计算及疲劳寿命预估方法来满足其结构设计要求，并且能够有效的降低研究成本。本项专利技术在雨流计数方法基础上，结合SWT平均应力模型，充分将载荷加载及动力学应力应变响应的时序考虑在内，结合随机疲劳理论，建立了一种采用SWT平均应力模型的薄壁结构随机疲劳寿命预估方法，适用于工程中复杂薄壁结构热声疲劳寿命预估问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供一种采用SWT应力模型薄壁结构疲劳寿命预估方法，建立了一种采用SWT应力模型的薄壁结构随机疲劳寿命预估方法，适用于工程中复杂薄壁结构热声疲劳寿命预估问题。
[0005]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种采用SWT应力模型薄壁结构疲劳寿命预估方法，包括以下步骤：
[0006]S1、获取航空航天薄壁结构在热声载荷作用下T
r
响应时长内的应力响应时间历程，剔除应力响应时间历程中的无用点，得到薄壁结构应力响应时间历程的极值序列；
[0007]S2、采用雨流循环计数法建立薄壁结构应力响应时间历程的极大值与极小值的配对，得到薄壁结构应力响应时间历程的所有雨流循环计数对；
[0008]S3、根据薄壁结构应力响应时间历程的雨流循环计数对建立薄壁结构应力响应的雨流循环矩阵；
[0009]S4、根据薄壁结构应力响应的雨流循环矩阵基于SWT平均应力模型确定薄壁结构
的疲劳寿命T。
[0010]进一步地，所述S2还包括以下步骤：
[0011]S21、确定薄壁结构应力响应时间历程的极大值序列X(t)中的各极大值M
k
，以及极小值序列x(t)中的各极小值m
k
，其中，k＝1...n，n为极大值个数或极小值个数；
[0012]S22、确定极大值M
k
的左侧搜索边界和右侧搜索边界
[0013]S23、确定极大值M
k
左侧搜索边界和右侧搜索边界区间的左侧极小值m
k
‑
和右侧极小值m
k+
；
[0014]S24、根据极大值M
k
的左侧极小值m
k
‑
和右侧极小值m
k+
确定其对应的雨流循环的极小值m
kRFC
,得到雨流循环计数对(m
kRFC
,M
k
)；
[0015]S25、从薄壁结构应力响应时间历程的极值序列中删除已确定的雨流循环计数对(m
kRFC
,M
k
)，重复S22至S24，直至确定响应时长T
r
内的薄壁结构应力响应时间历程的所有雨流循环计数对。
[0016]进一步地，所述S22中确定极大值M
k
的左侧搜索边界和右侧搜索边界具体为：
[0017]极大值M
k
左侧存在极大值满足时，则极大值对应的时间为左侧搜索边界，否则，时间历程的起点为左侧搜索边界，具体为：
[0018][0019]极大值M
k
右侧存在极大值满足时，则极大值对应的时间为右侧搜索边界，否则，时间历程的终点T
r
为右侧搜索边界，具体为：
[0020][0021]其中，sup{}为上确界。
[0022]进一步地，所述S23中具体为：
[0023]左侧极小值m
k
‑
和右侧极小值m
k+
，具体为：
[0024][0025][0026]其中，inf{}为下确界。
[0027]进一步地，所述S24中具体为：
[0028]极大值M
k
的雨流循环的极小值m
kRFC
具体为：
[0029][0030]进一步地，所述S3中雨流循环矩阵的X轴为雨流循环计数对(m
kRFC
,M
k
)的最小值m
kRFC
，Y轴为循环的最大值M
k
。
[0031]进一步地，所述S4中SWT平均应力模型具体为:
[0032][0033]其中，R＝σ
min
/σ
max
，σ
min
为应力循环的最小值，σ
max
为应力循环的最大值。
[0034]进一步地，所述S4中基于SWT平均应力模型确定薄壁结构的疲劳寿命T具体为：
[0035][0036]其中，RFD(σ
min
,σ
max
)为雨流损伤矩阵，σ
min
为应力循环的最小值，σ
max
为应力循环的最大值。
[0037]本专利技术的有益效果是：
[0038]本专利技术提供了一种采用SWT应力模型薄壁结构疲劳寿命预估方法，在对获取的应力响应极值序列完成一次计数基础上，创新性的再对应力响应循环进行二次处理，将前一步骤中已完成计数的循环的两个极值点从极值序列中删除，并将发散波和收敛波进行对接，获取新的极值序列，并进行重复计数。该方法克服了传统雨流计数法在应力循环计数过程中，由于存在遗留点所构成的发散波引起的数据缺失，从而影响有效循环计数准确性问题，从而保证了计算结果的正确性，本项专利技术在传统雨流计数方法基础上，充分将载荷加载及动力学应力应变响应的时序考虑在内，结合随机疲劳理论，建立了一种采用SWT平均应力模型的薄壁结构随机疲劳寿命预估方法，适用于工程中复杂薄壁结构热声疲劳寿命预估问题，具有重要工程应用价值。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用SWT应力模型薄壁结构疲劳寿命预估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取航空航天薄壁结构在热声载荷作用下T
r
响应时长内的应力响应时间历程，剔除应力响应时间历程中的无用点，得到薄壁结构应力响应时间历程的极值序列；S2、采用雨流循环计数法建立薄壁结构应力响应时间历程的极大值与极小值的配对，得到薄壁结构应力响应时间历程的所有雨流循环计数对；S3、根据薄壁结构应力响应时间历程的雨流循环计数对建立薄壁结构应力响应的雨流循环矩阵；S4、根据薄壁结构应力响应的雨流循环矩阵基于SWT平均应力模型确定薄壁结构的疲劳寿命T。2.根据权利要求1所述的一种采用SWT应力模型薄壁结构疲劳寿命预估方法，其特征在于，所述S2还包括以下步骤：S21、确定薄壁结构应力响应时间历程的极大值序列X(t)中的各极大值M
k
，以及极小值序列x(t)中的各极小值m
k
，其中，k＝1...n，n为极大值个数或极小值个数；S22、确定极大值M
k
的左侧搜索边界和右侧搜索边界S23、确定极大值M
k
左侧搜索边界和右侧搜索边界区间的左侧极小值m
k
‑
和右侧极小值m
k+
；S24、根据极大值M
k
的左侧极小值m
k
‑
和右侧极小值m
k+
确定其对应的雨流循环的极小值m
kRFC
,得到雨流循环计数对(m
kRFC
,M
k
)；S25、从薄壁结构应力响应时间历程的极值序列中删除已确定的雨流循环计数对(m
kRFC
,M
k
)，重复S22至S24，直至确定响应时长T
r
内的薄壁结构应力响应时间历程的所有雨流循环计数对。3.根据权利要求2所述的一种采用SWT应力模型薄壁结构疲劳寿命预估方法，其特征在于，所述S22中确定极大值M
...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙云冬，陈剑飞，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：