CN112699466B - 一种薄壁加筋结构屈曲疲劳分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空结构设计技术领域，公开了一种薄壁加筋结构屈曲疲劳分析方法，基于薄壁加筋结构屈曲疲劳试验结果分析，开展不同参考应力与寿命的相关性研究，引入了屈曲疲劳影响系数，给出了基于DFR法的半经验、半理论的工程屈曲疲劳计算公式，可用于工程中快速确定薄壁加筋结构屈曲疲劳寿命以及大规模工程计算，解放了人员劳动力。

Description

一种薄壁加筋结构屈曲疲劳分析方法
技术领域
本发明属于航空结构设计领域，具体涉及一种薄壁加筋结构屈曲疲劳分析方法。
背景技术
薄壁加筋结构因结构效率高而广泛应用于航空航天领域，当结构受到循环剪切载荷作用时便会出现屈曲问题与疲劳问题的耦合，即结构会在反复进入张力场状态的情况下发生屈曲疲劳破坏，或者是在产生一定的疲劳累积损伤后发生屈曲失稳或后屈曲破坏。
薄壁加筋结构屈曲疲劳无可用的工程分析方法，对相应结构进行寿命评估时，只能通过剪切屈曲疲劳试验给出。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄壁加筋结构屈曲疲劳分析方法，通过对薄壁加筋结构屈曲疲劳试验结果进行分析，引入了屈曲疲劳影响系数，给出了基于DFR法的工程屈曲疲劳分析方法，可用于工程中快速确定薄壁加筋结构屈曲疲劳寿命。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种薄壁加筋结构屈曲疲劳分析方法，所述方法包括步骤：
S1，确定屈曲疲劳分析时的参考应力σ；
S2，在参考应力σ下计算屈曲疲劳试验表征的DFRT值；
S3，计算薄壁加筋结构的理论DFRs值；
S4，根据屈曲疲劳试验表征的DFRT值和理论DFRs值，确定屈曲疲劳影响系数Z；
S5，根据所述屈曲疲劳影响系数Z计算屈曲疲劳DFR值。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)S1具体为：
将屈曲疲劳试验数据进行应力-寿命曲线拟合，得到三种参考应力下的拟合曲线，所述三种拟合曲线分别为：最大拉应力-寿命曲线，Von Mises等效应力-寿命曲线，损伤等效应力-寿命曲线；
计算三种拟合曲线对应的曲线拟合相关度R2，取曲线拟合相关度最高的参考应力为分析用参考应力σ。
(2)最大拉应力
Figure BDA0002868468390000021
Von Mises等效应力
Figure BDA0002868468390000022
损伤力学为基础的损伤等效应力
Figure BDA0002868468390000023
σ1为最大拉应力，σ2为最大压应力，τ为剪切应力，α为张力场波纹角，K张力场系数。
(3)S1中采用等寿命折算和损伤折算进行曲线拟合，等寿命折算和损伤折算应采用以下原则：S-N曲线满足lgN＝a+blgSa；等寿命曲线采用Goodman曲线；Miner线性累积损伤原理。
(4)S2具体为：计算参考应力σ下的试验表征的细节疲劳额定值DFRT：
Figure BDA0002868468390000024
式中：σm0＝310MPa；，为应力幅为零时的破坏应力；
R为应力比0.06；S为S-N曲线的斜度参数；N为95％置信度，95％可靠度下的疲劳寿命；
σmax为以σ为参考应力的最大应力。
(5)S3具体为：
按受拉结构细节疲劳额定值计算公式对薄壁加筋结构理论DFRs值进行计算，DFRS＝DFRbase×ABCDEURc
式中：A为孔充填系数，B为合金表面处理系数；C埋头深度系数，
D材料叠层系数；E为螺栓加紧系数；U为凸台有效系数，RC为疲劳额定系数，DFRbase为细节疲劳额定基本值；
(6)S4具体为：屈曲疲劳影响系数的计算公式为Z＝DFRT/DFRS。
(7)S5具体为：屈曲疲劳细节疲劳额定值的计算公式为DFR＝DFRbase×ABCDEURcZ。
本发明通过对薄壁加筋结构屈曲疲劳试验结果进行分析，开展不同参考应力与寿命的相关性研究，引入了屈曲疲劳影响系数，提出基于DFR法的工程屈曲疲劳分析方法，可用于工程中快速确定薄壁加筋结构屈曲疲劳寿命，该薄壁加筋结构屈曲疲劳分析方法可用于相应结构的疲劳寿命评定。
附图说明
图1为S-N拟合曲线示意图；
图2剪应力场示意图；
图3为典型薄壁加筋结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明，请参阅图1至图2。
如图2所示，为剪应力示意图，如图3所示为典型加筋壁板结构示意图。给出了实施例中用到的参数。
给定一组薄壁加筋结构不同应力水平下的屈曲疲劳试验结果如表1所示：(蒙皮厚度为1.2mm，应力比R为0.06)：
表1
Figure BDA0002868468390000031
Figure BDA0002868468390000041
步骤一、确定参考应力σ
按照以下公式计算屈曲张力场相关的参考应力①最大拉应力
Figure BDA0002868468390000042
σ2＝-τ(1-K)sin2α；②Von Mises等效应力
Figure BDA0002868468390000043
③损伤力学为基础的损伤等效应力
Figure BDA0002868468390000044
得到试验数据如表2所示：
表2
Figure BDA0002868468390000045
Figure BDA0002868468390000051
将屈曲疲劳试验数据进行应力寿命曲线拟合，等寿命和损伤折算时，计算相关度R2，得到如下曲线，取应力与寿命曲线的拟合优度最高的参考应力σ1为分析用参考应力如表3所示：
表3
Figure BDA0002868468390000052
将屈曲疲劳试验数据进行应力-寿命曲线拟合，如图1所示，得到三种参考应力下的拟合曲线，所述三种拟合曲线分别为：最大拉应力-寿命曲线，Von Mises等效应力-寿命曲线，损伤等效应力-寿命曲线。
步骤二、参考应力σ下试验表征的DFR值计算
根据公式
Figure BDA0002868468390000053
计算参考试验表征的DFR值，如表4所示：
表4
Figure BDA0002868468390000054
Figure BDA0002868468390000061
步骤三、理论DFR值计算
按照DFR计算公式对试验结果进行处理，得到参考应力σ下的试验表征的DFR值，如表5所示，DFRS＝DFRbase×ABCDEURc
表5
Figure BDA0002868468390000062
步骤四、确定屈曲疲劳影响系数Z
屈曲疲劳影响系数的计算公式为Z＝DFRT/DFRS，则Z＝111.2/115＝0.967
步骤五、屈曲疲劳DFR值计算
基于以上分析得到薄壁加筋结构屈曲疲劳DFR值的计算公式为DFR＝DFRbase×ABCDEURc·0.967
本发明提出了一种薄壁加筋结构屈曲疲劳分析方法，所述的一种薄壁加筋结构屈曲疲劳分析方法基于薄壁加筋结构屈曲疲劳试验结果分析，开展不同参考应力与寿命的相关性研究，引入了屈曲疲劳影响系数，给出了基于DFR法的半经验、半理论的工程屈曲疲劳计算公式，可用于工程中快速确定薄壁加筋结构屈曲疲劳寿命以及大规模工程计算，解放了人员劳动力。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种薄壁加筋结构屈曲疲劳分析方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S1，确定屈曲疲劳分析时的参考应力σ；
S2，在参考应力σ下计算屈曲疲劳试验表征的DFRT值；
S3，计算薄壁加筋结构的理论DFRs值；
S4，根据屈曲疲劳试验表征的DFRT值和理论DFRs值，确定屈曲疲劳影响系数Z；
S5，根据所述屈曲疲劳影响系数Z计算屈曲疲劳DFR值；
S1具体为：
将屈曲疲劳试验数据进行应力-寿命曲线拟合，得到三种参考应力下的拟合曲线，所述三种拟合曲线分别为：最大拉应力-寿命曲线，Von Mises等效应力-寿命曲线，损伤等效应力-寿命曲线；
计算三种拟合曲线对应的曲线拟合相关度R 2，取曲线拟合相关度最高的参考应力为分析用参考应力σ；
最大拉应力
Figure FDA0003802394230000011
Von Mises等效应力
Figure FDA0003802394230000012
损伤力学为基础的损伤等效应力
Figure FDA0003802394230000013
σ1为最大拉应力，σ2为最大压应力，τ为剪切应力，α为张力场波纹角，K张力场系数，υ为泊松比；
S1中采用等寿命折算和损伤折算进行曲线拟合，等寿命折算和损伤折算应采用以下原则：S-N曲线满足lgN＝a+blgSa；等寿命曲线采用Goodman曲线；Miner线性累积损伤原理；
S2具体为：计算参考应力σ下的试验表征的细节疲劳额定值DFRT：
Figure FDA0003802394230000021
式中：σm0＝310MPa，为应力幅为零时的破坏应力；
R为应力比0.06；S为S-N曲线的斜度参数；N为95％置信度，95％可靠度下的疲劳寿命；
σmax为以σ为参考应力的最大应力；
S3具体为：
按受拉结构细节疲劳额定值计算公式对薄壁加筋结构理论DFRs值进行计算，DFRS＝DFRbase×ABCDEURc
式中：A为孔充填系数，B为合金表面处理系数，C埋头深度系数，D材料叠层系数，E为螺栓加紧系数，U为凸台有效系数，RC为疲劳额定系数，DFRbase为细节疲劳额定基本值；
S4具体为：屈曲疲劳影响系数的计算公式为Z＝DFRT/DFRS；
S5具体为：屈曲疲劳细节疲劳额定值的计算公式为DFR＝DFRbase×ABCDEURcZ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018107730A1 (zh) * 2016-12-16 2018-06-21 海口未来技术研究院 复合材料的疲劳寿命预测方法及预测系统

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基于Pareto遗传算法的腹板梁结构抗屈曲疲劳优化设计研究;苏少普等;《机械强度》;20181206(第06期);全文 *
某型飞机腹板连接结构疲劳试验分析;刘旭等;《机械设计与研究》;20150820(第04期);全文 *
热声环境下薄壁加筋结构的振动响应研究与疲劳寿命分析;王建等;《科学技术与工程》;20170318(第08期);全文 *

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