CN105651496B - 一种液压导管疲劳寿命指标确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞机液压系统，公开了一种液压导管疲劳寿命指标的确定方法，包括：1)找出最易导致疲劳破坏的监测点；2)采用与飞机上一样的被试件；3)被试件内施加系统的额定工作压力；4)在监测点处加装应变片和加速度传感器；5)控制振动台输出频率为被试件的固有频率；6)控制振动台输出振幅按照在导管上产生的应力值在0.75σ_b与σ_‑1间由大到小依次设置，测量监测点处应力和加速度，记录试件断裂时的循环次数；7)根据应力和循环次数或加速度和循环次数拟合出被试件的疲劳寿命曲线；8)疲劳寿命曲线上接近水平线处的应力值或加速度值即为导管疲劳寿命指标控制值。该方法可有效评估飞机液压系统管路设计的合理性、可靠性及耐久性。

Description

一种液压导管疲劳寿命指标确定方法

技术领域

本发明属于飞机液压系统，特别是涉及一种液压导管疲劳寿命指标确定方法。

背景技术

液压导管的疲劳寿命(应力水平)控制是保证液压系统长期安全可靠运行的关键。GJB1396-1992《飞机液压应急气动系统试验要求和方法》中明确要求液压系统应进行振动测量，以验证飞机在各种工作状态下都不存在由液压系统工作引起的有害共振状态。此要求仅是个定性要求，没有定量要求。

美标、欧洲标准体系中，对液压系统均有振动测试要求。如SAE AS5440《军用飞机液压系统设计、安装要求》中要求液压系统应在首次飞行前进行振动测试，以确定发动机转速和液压泵转速以及液压泵流量和压力的所有组合状态是否引起任何破坏性振动，也是仅有定性要求，在已公开的信息中未发现有导管疲劳寿命(应力水平)控制的定量要求。

俄罗斯标准体系中，没有通用量化标准，但它的控制思想都反映在工艺标准或技术条件中，比如《导管的安装技术要求》、《导管应力测试大纲》等等。在苏-27飞机型号液压系统技术条件中，针对不同材料的导管有明确的疲劳寿命(应力控制)指标要求。

液压导管疲劳寿命指标确定方法实质上是要确定导管的疲劳寿命曲线测定方法，以得到导管的疲劳寿命曲线，在寿命曲线上接近水平线处的值即是导管疲劳寿命指标控制值。

目前材料疲劳寿命曲线的测定均是在标准试件(实心金属材料，200mm直管段)上测出的，给出的材料疲劳寿命曲线无法真实反映薄壁液压金属导管在实际使用环境(高振动、高压力脉动)中的疲劳寿命，工程上无法直接采用。且从公开的材料手册中也没有查到薄壁液压金属导管的疲劳寿命曲线的测定方法及相关资料。

发明内容

本发明的目的：

本发明公开了一种液压导管疲劳寿命指标的确定方法，该方法确定的液压导管疲劳寿命指标真实、可靠、贴近实际，可有效评估飞机液压系统管路设计的合理性、可靠性及耐久性。

本发明的技术方案：

一种液压导管疲劳寿命指标确定方法，包括以下步骤：

1)利用仿真方法预测导管结构在实际装机条件下的固有频率、振型及应力分布云图，找出最易导致其疲劳破坏的监测点；

2)采用被试件为形状及固支方式与飞机上真实安装方式一样的被试件；

3)被试件内施加系统的额定工作压力；

4)试验监测点为仿真确定的被试件最易疲劳破坏的监测点，在监测点处加装应变片和加速度传感器；

5)控制振动台输出频率为被试件的固有频率；

6)控制振动台输出振幅按照在导管上产生的应力值在0.75σ_b与σ_-1间由大到小依次设置，测量监测点处应力和加速度，记录试件断裂时的循环次数；

7)根据应力和循环次数以及加速度和循环次数拟合出被试件的疲劳寿命曲线；

8)疲劳寿命曲线上接近水平线处的应力值或加速度值即为导管疲劳寿命指标控制值。

具体的，步骤7)中，所述的疲劳寿命曲线拟合方法为：最小二乘法。

本发明的有益效果是：

液压导管的疲劳寿命控制指标是保证液压系统长期安全可靠运行的关键，而国内外目前对于衡量液压导管疲劳寿命没有统一的定量判据，只能定性给出要求——系统不出现发散的振动。

本发明提供了一种航空业可通用的液压导管疲劳寿命指标确定方法，得到的数据真实、可靠、贴近实际，可有效评估飞机液压系统管路设计的合理性、可靠性及耐久性。

附图说明

图1本发明试验时的工装示意图。

图2本发明导管监测点选取示意图。

图3本发明试验系统组成框图。

具体实施方式

1)利用仿真方法预测导管结构在实际装机条件下的固有频率、振型及应力分布云图，找出最易导致其疲劳破坏的监测点。

根据仿真结果计算在不同振动幅值激励下监测点上的应力和加速度响应，以确定激励幅值与应力、激励幅值与加速度响应之间的关系，为疲劳寿命曲线的试验中确定振动台规格、应变片、加速度传感器的量程提供选型参考；

导管结构在实际装机条件下建立模型所采用的三维设计软件可为：CATIA；

所述的应力分析软件可为：ANSYS；

2)采用被试件不是标准试件(常规是实心金属材料，200mm直管段)，而是形状及固支方式与飞机上真实安装方式一样的被试件；

3)被试件(导管)内施加系统的额定工作压力；

4)试验监测点为仿真确定的被试件最易疲劳破坏的监测点，在监测点处加装应变片和加速度传感器；

5)控制振动台输出频率为被试件的固有频率；

6)控制振动台输出振幅按照在导管上产生的应力值在0.75σ_b与σ_-1间由大到小依次设置，测量监测点处应力和加速度，记录试件断裂时的循环次数；

7)根据应力和循环次数以及加速度和循环次数拟合出被试件的疲劳寿命曲线；

所述的疲劳寿命曲线拟合方法可为：最小二乘法；

8)疲劳寿命曲线上接近水平线处的应力值或加速度值即为导管疲劳寿命指标控制值。

实施例

下面以某型机液压系统发动机驱动泵出口高压管路疲劳寿命指标确定过程为例，对本方案做进一步说明：

1)取某型机液压管路中实际装机用的短弯管结构，其内径为12mm，外径为14mm，长约580mm，三点约束，内部充满21MPa的15号航空油。试验夹具一并考虑，在ANSYS Workbench中建立的几何模型如图1所示。

设置接触均为绑定，划分网格，共49939个单元，271682个节点。

设置边界条件：对流体和固体的接触面施加流固耦合面约束。对流体面两端分别施加21MPa压力约束，来模拟流体压力情况。在夹具的底板下表面施加固支约束。求解可以得到导管结构的模态频率和振型。仿真计算分析导管的应力分布云图，选取如图2所示的a～e共5个点作为仿真监测点。仿真计算可得a点的应力大于其它监测点，故作为试验监测点；

2)按照实际装机管路结构和安装工况，采用三点固支约束边界条件制作试验工装，并进行无装配应力的安装；

3)按照实际装机工况，导管内充压力为21MPa的15号航空液压油；

4)按照前述仿真分析，应力监测点重点选择图2所示的a点，粘贴应变片，分别监测周向和轴向应力，但以两者中较大的周向应力为主要衡量标准；安装加速度传感器，分别监测周向、轴向和径向加速度响应；

5)取一定数量的试件，采用成组试验法，即在每一个应力值σ_a上使用一组试件来进行试验，应力值σ_a可在0.75σ_b与σ_-1之间选取，每一应力值下，用4～8个试件进行试验与数据处理。为缩短试验时间，对被试导管进行正弦扫频试验，测量被试导管垂向1阶弯曲谐振频率，设置振动激励频率与被试导管垂向1阶弯曲谐振频率相同，即使管路共振，激励幅值按照a点的应力值在0.75σ_b与σ_-1间由大到小依次设置，在不同的应力值σ_a下，记录对应的加速度值A，测出试件断裂时的循环次数N。然后分别以应力值σ_a和加速度值A为纵坐标，循环次数N为横坐标，拟合得到导管的应力—疲劳寿命曲线(S-N曲线)和加速度—疲劳寿命曲线(A-N曲线)；

6)实际液压系统振动试验中，针对疲劳薄弱区进行重点关注，安装测试传感器(应变片或加速度传感器)，实测的数据与已测得的疲劳寿命曲线进行比较，若小于疲劳寿命曲线上水平直线对应的值(此值即是液压导管疲劳寿命控制指标值)，则表明该处导管设计、安装合理，能承受长时工作不会损坏，具有长寿命特征；若大于疲劳寿命曲线上水平直线对应的值，则表明该处导管设计、安装不合适，寿命短，需要改进设计，直到实测值小于疲劳寿命曲线上水平直线对应的值为止。

Claims (2)

1.一种液压导管疲劳寿命指标确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用仿真方法预测导管结构在实际装机条件下的固有频率、振型及应力分布云图，找出最易导致其疲劳破坏的监测点；

2)采用被试件为形状及固支方式与飞机上真实安装方式一样的被试件；

3)被试件内施加系统的额定工作压力；

4)试验监测点为仿真确定的被试件最易疲劳破坏的监测点，在监测点处加装应变片和加速度传感器；

5)控制振动台输出频率为被试件的固有频率；

6)控制振动台输出振幅按照在导管上产生的应力值在0.75σ_b与σ_-1间由大到小依次设置，测量监测点处应力和加速度，记录试件断裂时的循环次数；

7)根据应力和循环次数以及加速度和循环次数拟合出被试件的疲劳寿命曲线；

8)疲劳寿命曲线上接近水平线处的应力值或加速度值即为导管疲劳寿命指标控制值。

2.如权利要求1所述的液压导管疲劳寿命指标确定方法，其特征在于，步骤7)中，所述的疲劳寿命曲线拟合方法为：最小二乘法。