一种基于连续损伤力学的共振疲劳加速因子的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于连续损伤力学的共振疲劳加速因子的确定方法，所述确定方法包括以下步骤：步骤S1、根据逆幂率模型构建正弦载荷激励量级与疲劳寿命之间的关系式；步骤S2、建立工程结构的有限元模型，初始化结构的材料参数，并将结构的初始损伤值设置为0，本发明专利技术中，基于连续损伤力学对结构的疲劳损伤累积过程进行了模拟，可以实现定量表征损伤量的非线性演化过程，能够更加准确地预测结构的疲劳寿命，与传统的正弦载荷激励的共振状态相比，正弦载荷的激励频率考虑了因损伤的产生而导致结构宏观频率的变化，以使得共振疲劳过程更加符合工程实际。符合工程实际。符合工程实际。

【技术实现步骤摘要】
一种基于连续损伤力学的共振疲劳加速因子的确定方法


[0001]本专利技术涉及工程结构振动疲劳
，尤其涉及一种基于连续 损伤力学的共振疲劳加速因子的确定方法。

技术介绍

[0002]结构振动疲劳问题严重危及着工程结构的可靠性和安全性。因此， 在产品的研制阶段，需要开展结构振动疲劳试验以验证该产品的寿命 是否满足设计要求。然而，随着工程结构可靠性的水平的不断提高， 结构的振动疲劳寿命越来越长，振动疲劳试验的时间成本大大增加。 为了确保工程结构的缺陷能够充分地暴露在振动疲劳试验中，振动疲 劳加速试验是必然的选择。
[0003]振动疲劳寿命预测方法对振动疲劳加速试验具有重要的指导意 义。基于连续损伤力学的振动疲劳寿命预测方法则是通过引入连续性 损伤变量的方式来描述结构损伤程度与材料力学性能之间的关系。与 传统的疲劳寿命预测方法相比，采用连续损伤力学理论预测结构疲劳 寿命，可以从多尺度角度描述结构的损伤过程，这对于结构疲劳损伤 的机理的研究有着更好的物理意义和理论基础。
[0004]加速因子的确定是振动疲劳加速试验的关键环节。目前，最常用 的加速因子计算方法是采用逆幂率模型。例如，国军标GJB 150.16A、 汽车电气电子设备试验标准GB/T 28046.3、美军标MIL
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810G等 行业标准均采用了逆幂率模型计算加速因子。在采用逆幂率模型计算 加速因子的方法研究中，大多集中在宽带随机振动疲劳加速因子研究， 鲜有涉及正弦载荷作用下的共振疲劳加速因子研究,而且加速因子的 确定过多地依赖于工程经验和强化摸底试验，缺乏有效的理论指导, 因此，亟待提出相应的共振疲劳加速因子的确定方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决的上述问题，而提出的一种基于连续损 伤力学的共振疲劳加速因子的确定方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种基于连续损伤力学的共振疲劳加速因子的确定方法，所述确 定方法包括以下步骤：
[0008]步骤S1、根据逆幂率模型构建正弦载荷激励量级与疲劳寿命之 间的关系式；
[0009]步骤S2、建立工程结构的有限元模型，初始化结构的材料参数， 并将结构的初始损伤值设置为0；
[0010]步骤S3、利用有限元分析软件对工程结构的有限元模型进行模 态分析，获取结构的第一阶固有频率；
[0011]步骤S4、判定结构是否疲劳失效，设置结构的第一阶固有频率 下降量的评定标准，当此固有频率下降量达到预设值时，则结束循环， 输出结构的疲劳寿命结果，否则，执
行步骤下一步；
[0012]步骤S5、为结构的有限元模型施加频率为结构第一阶固有频率， 振幅为A的正弦载荷激励，开展有限元模型的谐响应分析，提取结构 危险点在共振状态下的多轴应力值；
[0013]步骤S6、将步骤S5中得到的多轴应力值代入到多轴损伤演化方 程计算损伤演化率；
[0014]步骤S7、对结构的损伤值进行叠加，同时更新实时循环次数；
[0015]步骤S8、将结构的疲劳产生的结构缺陷等效为结构刚度的下降， 用弹性模量E表示，对结构的弹性模量进行更新，并返回到步骤S3；
[0016]步骤S9、重复步骤S2
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S8，获得不同激励量级下的结构的疲劳寿 命，并拟合激励量级与结构预测疲劳寿命数据，确定结构的材料疲劳 指数；
[0017]步骤S10、在已知材料疲劳指数的情况下，确定共振疲劳加速因 子。
[0018]作为上述技术方案的进一步描述：
[0019]所述步骤S4中该评定标准为结构的第一阶固有频率下降量达到 结构第一阶初始固有频率的5％。
[0020]作为上述技术方案的进一步描述：
[0021]所述步骤S9中重复步骤S2
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S8之前，需要改变正弦载荷的激励 量级A。
[0022]作为上述技术方案的进一步描述：
[0023]所述步骤S5中为结构的有限元模型施加频率为结构第一阶固有 频率是基于结构模态分析的基础上。
[0024]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术中，基于连续损伤力学对结构的疲劳损伤累积过程进行了 模拟，可以实现定量表征损伤量的非线性演化过程，能够更加准确地 预测结构的疲劳寿命，与传统的正弦载荷激励的共振状态相比，正弦 载荷的激励频率考虑了因损伤的产生而导致结构宏观频率的变化，以 使得共振疲劳过程更加符合工程实际。
附图说明
[0026]图1为本专利技术中结构工作流程示意图；
[0027]图2为本专利技术中基于连续损伤力学的共振疲劳寿命预测模块的 具体流程图；
[0028]图3为本专利技术中实施案例的卫星返回舱结构有限元模型图；
[0029]图4为本专利技术中卫星返回舱结构危险点损伤累积与第一阶固有 频率变化曲线图；
[0030]图5为本专利技术中卫星返回舱结构正弦载荷激励下量级与寿命之 间关系曲线图；
[0031]图6为本专利技术中卫星返回舱结构的正弦载荷激励量级图；
[0032]图7为本专利技术中7A09铝合金的材料参数图；
[0033]图8为本专利技术中卫星返回舱结构的第一阶固有频率图；
[0034]图9为本专利技术中7A09铝合金光滑试样的疲劳寿命数据(25℃) 图；
[0035]图10为本专利技术中A709铝合金的损伤演化模型参数图；
[0036]图11为本专利技术中不同量级激励下返回舱振动疲劳寿命图。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普 通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例， 都属于本专利技术保护的范围。
[0038]实施例一：
[0039]请参阅图1
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11，一种基于连续损伤力学的共振疲劳加速因子的 确定方法，包括以下步骤：
[0040]步骤S1、根据逆幂率模型(1)构建正弦载荷激励量级与疲劳寿 命之间的关系式(2)；
[0041][0042][0043]式中，T
s
表示实际服役工况下的设计寿命；T
t
表示等效加速试验 时间；A
s
表示实际服役工况下的振动加速度均方根值(对于正弦载荷， 该值取正弦载荷的幅值)；A
t
表示为等效加速度试验条件下振动加速 度均方根值(对于正弦载荷，该值取正弦载荷的幅值)，m为材料的 疲劳指数；
[0044]步骤S2、建立工程结构的有限元模型，初始化结构的材料参数， 并将结构的初始损伤值D设置为0；
[0045]步骤S3、利用有限元分析软件对工程结构的有限元模型进行模 态分析，获取结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于连续损伤力学的共振疲劳加速因子的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括以下步骤：步骤S1、根据逆幂率模型构建正弦载荷激励量级与疲劳寿命之间的关系式；步骤S2、建立工程结构的有限元模型，初始化结构的材料参数，并将结构的初始损伤值设置为0；步骤S3、利用有限元分析软件对工程结构的有限元模型进行模态分析，获取结构的第一阶固有频率；步骤S4、判定结构是否疲劳失效，设置结构的第一阶固有频率下降量的评定标准，当此固有频率下降量达到预设值时，则结束循环，输出结构的疲劳寿命结果，否则，执行步骤下一步；步骤S5、为结构的有限元模型施加频率为结构第一阶固有频率，振幅为A的正弦载荷激励，开展有限元模型的谐响应分析，提取结构危险点在共振状态下的多轴应力值；步骤S6、将步骤S5中得到的多轴应力值代入到多轴损伤演化方程计算损伤演化率；步骤S7、对结构的损伤值进行叠加，同时更新实时循环次数；步骤S8、将结构的疲劳产生的结构缺陷等效为结构刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：何玲，杨艳静，李毅，岳志勇，刘闯，刘明辉，李栋，刘召颜，孙浩，方杰，李开阳，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：