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

基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106556501B
CN106556501B CN201611047327.XA CN201611047327A CN106556501B CN 106556501 B CN106556501 B CN 106556501B CN 201611047327 A CN201611047327 A CN 201611047327A CN 106556501 B CN106556501 B CN 106556501B
Authority
CN
China
Prior art keywords
spectrum
cutting
value
vibration
damage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611047327.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106556501A (zh
Inventor
翟师慧
梁山
王肇喜
王国顺
吴欣凯
傅烨
沈晨晨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
Original Assignee
Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Space Precision Machinery Research Institute filed Critical Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
Priority to CN201611047327.XA priority Critical patent/CN106556501B/zh
Publication of CN106556501A publication Critical patent/CN106556501A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106556501B publication Critical patent/CN106556501B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/022—Vibration control arrangements, e.g. for generating random vibrations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/06—Multidirectional test stands

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

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。
CN201611047327.XA 2016-11-21 2016-11-21 基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法 Active CN106556501B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611047327.XA CN106556501B (zh) 2016-11-21 2016-11-21 基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611047327.XA CN106556501B (zh) 2016-11-21 2016-11-21 基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106556501A CN106556501A (zh) 2017-04-05
CN106556501B true CN106556501B (zh) 2018-12-28

Family

ID=58444650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611047327.XA Active CN106556501B (zh) 2016-11-21 2016-11-21 基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106556501B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107727350B (zh) * 2017-09-18 2019-06-14 北京卫星环境工程研究所 微纳卫星矢量振动试验方法
CN107622160B (zh) * 2017-09-19 2020-11-24 上海航天精密机械研究所 基于逆问题求解的多点激励振动数值模拟方法
CN109684697B (zh) * 2018-12-14 2023-04-07 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种当量损伤模型的确定方法
CN109682562B (zh) * 2019-02-13 2020-09-01 北京福田戴姆勒汽车有限公司 多轴耐久转单轴耐久的试验方法
CN111597673B (zh) * 2019-02-21 2023-07-18 株洲中车时代电气股份有限公司 一种随机振动疲劳的加速试验方法及系统
CN112577838B (zh) * 2020-11-13 2021-10-22 南京航空航天大学 一种结构多轴随机振动疲劳试验装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6377900B1 (en) * 1998-05-12 2002-04-23 Imv Corporation Measuring system for transfer function matrix of a system to be controlled in multi-degree of freedom vibration control
CN103926152A (zh) * 2014-04-09 2014-07-16 北京工业大学 一种高温多轴谱载下低周蠕变-疲劳寿命评估方法
CN105677973A (zh) * 2016-01-07 2016-06-15 西安电子科技大学 实现单轴与三轴随机振动应力等效的试验谱剪裁方法
CN105758604A (zh) * 2015-11-18 2016-07-13 上海航天精密机械研究所 基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6377900B1 (en) * 1998-05-12 2002-04-23 Imv Corporation Measuring system for transfer function matrix of a system to be controlled in multi-degree of freedom vibration control
CN103926152A (zh) * 2014-04-09 2014-07-16 北京工业大学 一种高温多轴谱载下低周蠕变-疲劳寿命评估方法
CN103926152B (zh) * 2014-04-09 2016-08-24 北京工业大学 一种高温多轴谱载下低周蠕变-疲劳寿命评估方法
CN105758604A (zh) * 2015-11-18 2016-07-13 上海航天精密机械研究所 基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法
CN105677973A (zh) * 2016-01-07 2016-06-15 西安电子科技大学 实现单轴与三轴随机振动应力等效的试验谱剪裁方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
典型结构三轴与单轴随机振动应力响应等效的试验条件研究;李国云;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20160415;第3.4节 *
典型结构在单轴与三轴随机振动下的动力学响应对比分析;牛强;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20160315;第64-66页 *
应力谱等效力的计算方法;周素霞;《高速列车空心车轴损伤容限理论与方法研究》;北京：中国铁道出版社;20160131;第51-52页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106556501A (zh) 2017-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106556501B (zh) 基于疲劳损伤等效分析的多轴振动试验条件裁剪方法
CN103983412A (zh) 用于振动有限元模型修正航空电子设备工作模态测量方法
WO2007027595A3 (en) System and method for performing deterministic processing
CN105758604B (zh) 基于加速度等效的多轴振动试验条件裁剪方法
US10527517B2 (en) Devices for testing axial fans
EP3422639A3 (en) Performance testing method and apparatus for an industrial system deployed on cloud
Van Baren What is random vibration testing?
CN109682562B (zh) 多轴耐久转单轴耐久的试验方法
Goyder et al. Friction and damping associated with bolted joints: results and signal processing
Papán et al. Higher frequency dynamic response analysis of the foam concrete block element
CN105424228B (zh) 用于构件应力检测的有限元计算结果的验证方法
ATE371901T1 (de) Verfahren und vorrichtung zur stoffuntersuchung
CN110263443A (zh) 一种航空发动机成附件随机振动耐久试验时间计算方法
CN104634445A (zh) 一种双转子航空发动机时变振动贡献量检测方法及系统
Mironov et al. Experimental application of OMA solutions on the model of industrial structure
Benasciutti et al. A bandwidth correction to the Allegri-Zhang solution for accelerated random vibration testing
Johansen et al. Damage localization in a residential-sized wind turbine blade by use of the SDDLV method
JP2004282878A (ja) 分散電源出力変動模擬システム及びその方法
CN108304653B (zh) 晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估技术
JP6957399B2 (ja) 強度検査方法および強度評価用装置
Xu et al. Synthesis of running RMS-induced non-Gaussian random vibration based on Weibull distribution
Van Baren Using FDS for Accelerated Testing with Correlation to End-Use Environment
Kahsin et al. Numerical Model Quality Assessment of Offshore Wind Turbine Supporting Structure Based on Experimental Data
Pesaresi Advanced Mission Synthesis Algorithms for Vibration-based Accelerated Life-testing
CN106441765A (zh) 一种根据最大应力等效的三轴振动试验条件制定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant