CN106556501B - 基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法包括：确定产品关键部位上的某一点作为考核点，计算该点在单轴依次振动下主振方向的累积损伤量，将该损伤量作为三轴振动时该点的损伤量，利用疲劳损伤计算方法反推出该点在三轴随机振动时应有的等效应力值，该点在裁剪前三轴振动时的等效应力，利用升谱和降谱以及平直谱计算公式计算出裁剪前控制谱的均方根值，先由线性系统的比值关系的等式求得裁剪后控制谱加速度功率谱的均方根值，再通过升谱和降谱以及平直谱计算公式反推，得出裁剪后的控制谱。本发明在多轴同时振动的情况下将振动控制谱进行等效裁剪，避免因盲目地使用单轴振动时的试验条件导致产品在多轴多激励振动试验中过试验。

Description

基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法
技术领域
本发明涉及多轴振动试验，具体地，涉及一种基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法。
背景技术
多轴多激励振动试验技术是一种从多个方向同时施加激振力的振动试验技术。该技术相比单轴振动试验能更真实地模拟实际环境和节省试验时间，但若盲目地使用单轴振动时的试验条件导致产品在多轴多激励振动试验中过试验，严重的甚至会造成产品损坏。
因此，业界在开展多轴多激励振动试验前需重新制定振动试验条件，对单轴试验条件进行适当的裁剪。为合理有效地进行裁剪，故此设计了基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法，本发明适用于单轴振动试验条件已知的情况下，基于等效的多轴振动试验条件的制定。
为了实现上述技术方案，根据本发明提供的基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法，包括如下步骤：
步骤S1：根据单轴振动试验关键点依次振动的损伤量通过疲劳计算公式反推出考核点在多轴振动时应有的等效应力值；
步骤S2：基于应力等效的载荷谱裁剪原则，将该考核点在多轴随机振动下的等效应力值控制为上述反推出的应力值，得到基于疲劳损伤等效的多轴裁剪谱；
步骤S3：确定考核点，保证控制点的输出谱为控制谱且关键点处三轴振动与单轴振动的疲劳损伤等效，通过裁剪得到基于疲劳等效的新控制谱。
优选地，所述裁剪原则，具体为保持振动控制谱的频率范围与各频率转折点不变，同时保证任意点的均方根值与原谱型上相应点的均方根值的比值为定值。
优选地，所述步骤S3包括如下步骤：
步骤S301：确定产品的一点作为考核点，计算该点在单轴依次振动时主振方向的累积损伤量为D；
步骤S302：将该损伤量作为三轴振动时该点的损伤量，利用疲劳损伤计算方法反推出该点在三轴随机振动时应有的等效应力值记为σ'，并记该点在裁剪前三轴振动时的等效应力为σ；
步骤S303：根据利用升谱和降谱以及平直谱计算公式计算出裁剪前控制谱的均方根值grms，再由线性系统的比值关系可得到等式σ'/σ＝g'rms/grms，从而求得裁剪后控制谱的加速度功率谱的均方根值g'rms，再根据利用升谱和降谱以及平直谱计算公式反推，可将裁剪后控制谱确定下来，即得到ωb的值。
优选地，疲劳损伤等效计算公式如下：
步骤A1：通过有限元计算法或应力实测法得到应力功率谱密度；
步骤A2：通过公式lgN＝a+blgS计算出材料S-N曲线，再通过公式计算出产品S-N曲线(在疲劳寿命N≤103以前无影响，在N≥N0以后使其疲劳强度降低lgKσD倍，在103～N0之间在双对数坐标上线性变化)；
步骤A3：使用计算出单轴依次随机振动时的单位时间内累积的疲劳损伤量；
步骤A4：通过公式与S-N曲线公式求得三轴振动时考核点应有的等效应力σ'；
步骤A5：通过公式σ'/σ＝g'rms/grms求得裁剪后控制谱的加速度功率谱的均方根值g'rms；
步骤A6：利用升谱和降谱以及平直谱计算公式反推，可将裁剪后控制谱的直线段值确定下来得到ωb的值；
步骤A7：因要保持控制谱拐点的频率值和斜线段的斜率值不变，所以ωa的值变成了定值，这样便可得到裁剪后的控制谱。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、使用本发明的算法可确保在开展多轴振动试验时能真实模拟实际应力疲劳情况，从而模拟真实试验环境；
2、使用本发明的算法可将实际环境中产品难以考核的位置通过该方法实现考核。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合具体案例对本发明进行详细说明。以下案例将有帮助本领域的技术人员更进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
使用本发明的算法可确保在开展多轴振动试验时能真实模拟实际应力疲劳情况，从而模拟真实试验环境，同时可将实际环境中产品难以考核的位置通过该方法实现考核。
在本实施例中，本发明提供的基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法，具体裁剪过程如下：
步骤S301：确定产品的一点作为关键点，计算该点在单轴依次振动时主振方向的累积损伤量为D；
步骤S302：将该损伤量作为三轴振动时该点的损伤量，利用疲劳损伤计算方法反推出该点在三轴随机振动时应有的等效应力值记为σ'，并记该点在裁剪前三轴振动时的等效应力为σ；
步骤S303：根据利用升谱和降谱以及平直谱计算公式计算出裁剪前控制谱的均方根值grms，再由线性系统的比值关系可得到等式σ'/σ＝g'rms/grms，从而求得裁剪后控制谱的加速度功率谱的均方根值g'rms，再根据利用升谱和降谱以及平直谱计算公式反推，可将裁剪后控制谱确定下来，即得到ωb的值。
优选地，所述疲劳损伤等效计算公式如下：
步骤A1：通过有限元计算法或应力实测法得到应力功率谱密度；
步骤A2：通过公式lgN＝a+blgS计算出材料S-N曲线，再通过公式计算出产品S-N曲线(在疲劳寿命N≤103以前无影响，在N≥N0以后使其疲劳强度降低lgKσD倍，在103～N0之间在双对数坐标上线性变化)；
步骤A3：使用计算出单轴依次随机振动时的单位时间内累积的疲劳损伤量；
步骤A4：通过公式与S-N曲线公式求得三轴振动时关键点应有的等效应力σ'；
步骤A5：通过公式σ'/σ＝g'rms/grms求得裁剪后控制谱的加速度功率谱的均方根值g'rms；
步骤A6：利用升谱和降谱以及平直谱计算公式反推，可将裁剪后控制谱的直线段值确定下来得到ωb的值；
步骤A7：因要保持控制谱拐点的频率值和斜线段的斜率值不变，所以ωa的值变成了定值，这样便可得到裁剪后的控制谱。

Claims (4)

1.一种基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：根据单轴振动试验考核点依次振动的损伤量通过疲劳计算公式反推出考核点在多轴振动时应有的等效应力值；
步骤S2：基于应力等效的载荷谱裁剪原则，将该考核点在多轴随机振动下的等效应力值控制为上述反推出的应力值，得到基于疲劳损伤等效的多轴裁剪谱；
步骤S3：确定考核点，保证控制点的输出谱为控制谱且考核点处三轴振动与单轴振动的疲劳损伤等效，通过裁剪得到基于疲劳等效的新控制谱。
2.根据权利要求1所述的基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法，其特征在于，所述裁剪原则为保持振动控制谱的扫频范围和各拐点的频率值不变，同时保证修正后的任一频率均方根值与修正前的任一频率均方根值的比值为定值。
3.根据权利要求1所述的基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：
步骤S301：确定产品的一点作为考核点，计算该点在单轴依次振动时主振方向的累积损伤量为D；
步骤S302：将该损伤量作为三轴振动时该点的损伤量，利用疲劳损伤计算方法反推出该点在三轴随机振动时应有的等效应力值记为σ'，并记该点在裁剪前三轴振动时的等效应力为σ；
步骤S303：通过升谱和降谱以及平直谱计算公式计算出裁剪前控制谱的均方根值grms，再由线性系统的比值关系可得到等式σ'/σ＝g'rms/grms，从而求得裁剪后控制谱的加速度功率谱的均方根值g'rms，再根据升谱和降谱以及平直谱计算公式反推，可将裁剪后的控制谱确定下来，即得到ωb的值。
4.根据权利要求3所述的基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法，其特征在于，所述步骤S3中，包括如下步骤：
步骤A1：通过有限元计算法或应力实测法得到应力功率谱密度；
步骤A2：通过公式lg N＝a+b lg S计算出材料S-N曲线，再通过公式计算出产品S-N曲线；在疲劳寿命N≤103以前无影响，在N≥N0以后使其疲劳强度降低lg KσD倍，在103～N0之间在双对数坐标上线性变化；
步骤A3：使用计算出单轴依次随机振动时的单位时间内累积的疲劳损伤量；
步骤A4：通过公式与S-N曲线公式求得三轴振动时考核点应有的等效应力σ'；
步骤A5：通过公式σ'/σ＝g'rms/grms求得裁剪后控制谱的加速度功率谱的均方根值g'rms；
步骤A6：利用升谱和降谱以及平直谱计算公式反推，可将裁剪后控制谱的直线段值确定下来得到ωb的值；
步骤A7：因要保持控制谱拐点的频率值和斜线段的斜率值不变，所以ωa的值变成了定值，这样便可得到裁剪后的控制谱。
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