随机载荷下插入低载的耐久性试验方法技术

本发明专利技术涉及随机载荷下插入低载的耐久性试验方法，包括：获取试件的载荷谱目标参数，通过所述载荷谱目标参数确定标识载荷的载荷参数，所述载荷参数包括：标识载荷插入位置和大小以及标识载荷循环数；将确定后的所述标识载荷插入载荷谱，在插入的断口处留下可判读的标识线，获取包含有标识载荷的载荷谱；其中，所述标识载荷为低载循环；对包含有标识载荷的载荷谱进行断口判断，根据判断结果，获取包含有修正标识载荷的载荷谱，对所述试件进行包含有修正标识载荷下的载荷谱疲劳试验，获取最终的裂纹扩展数据

【技术实现步骤摘要】
随机载荷下插入低载的耐久性试验方法


[0001]本专利技术涉及耐久性检测
，特别是涉及随机载荷下插入低载的耐久性试验方法
。

技术介绍

[0002]为保障飞机结构使用安全，需要进行耐久性分析和试验确定飞机结构的经济寿命
。
在进行经济寿命评定时，需要获得结构在使用载荷谱下的裂纹扩展
(a
，
t)
数据集，因此，必须进行结构模拟件的耐久性试验，对裂纹扩展
(a
，
t)
数据进行测量，给出裂纹尺寸随飞行小时的变化规律
。
[0003]目前，随机谱下耐久性试验测量裂纹长度的方法有：
(1)
表面直读法
。
在试验过程中，采用光学显微镜跟踪裂纹扩展过程，对裂纹长度进行直接判读
。
但是由于疲劳裂纹多为3维裂纹，表面直接读取往往测得的不是裂纹尖端对应的裂纹长度，造成结果偏于危险；
(2)
原位
CT
，采用工业
CT
实时获得裂纹在拉伸载荷下的形态和尺寸，但是周期长，费用高
。
因此目前多采用疲劳试验后对断口进行测量的方法，这种方法基于疲劳载荷在断口上留下的痕迹，结合载荷谱构成，确定裂纹形态和尺寸，具有直接
、
准确
、
简单的特点
。
但是，从目前的试验结果看，由于随机载荷谱构成的复杂性，一方面，难以在断口上留下可供判读的痕迹，另一方便即便有痕迹，也难以和载荷谱构成匹配起到给出准确的结果
。
因此迫切需要发展准确
、
快捷
、
简单的耐久性试验方法
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供随机载荷下插入低载的耐久性试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用插入低载标识载荷的耐久性试验方法，在损伤不变或可忽略的前提下，在耐久性试件断口留下清晰标识线，获取试件裂纹萌生和扩展长度和对应寿命数据，能够获得随机谱下金属结构耐久性试验裂纹扩展全过程信息
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]随机载荷下插入低载的耐久性试验方法，包括：
[0007]获取试件的载荷谱目标参数，通过所述载荷谱目标参数确定标识载荷的载荷参数，所述载荷参数包括：标识载荷插入位置和大小以及标识载荷循环数；
[0008]将确定后的所述标识载荷插入载荷谱，在插入的断口处留下可判读的标识线，获取包含有标识载荷的载荷谱；其中，所述标识载荷为低载循环；
[0009]对包含有标识载荷的载荷谱进行断口判断，根据判断结果，获取包含有修正标识载荷的载荷谱，对所述试件进行包含有修正标识载荷下的载荷谱疲劳试验，获取最终的裂纹扩展数据
。
[0010]可选地，所述标识载荷插入位置和大小包括：插入起始点
、
插入间隔
、
标识载荷大小
、
标识载荷中相邻载荷的时间间隔和标识载荷波形
。
[0011]可选地，通过所述载荷谱目标参数确定所述插入起始点包括：
[0012]获取试件寿命，通过所述试件寿命，获取对应的载荷谱循环数，根据所述试件寿命，确定所述插入起始点的对应寿命，按照全寿命期载荷谱循环数进行计算，获取对应循环；
[0013]在所述全寿命期载荷谱循环数附近寻找距所述对应循环数最近的固定级数中的第一最小载荷峰值，获取第一最小载荷峰值系数和循环数，即为所述插入起始点
。
[0014]可选地，通过所述载荷谱目标参数确定所述插入间隔包括：
[0015]预设起始间隔位置
、
间隔阈值
、
固定距离以及固定范围，基于全寿载荷谱，从所述起始间隔位置开始，依据所述间隔阈值，依次寻找离所述固定距离最近，且在所述固定范围内的第二最小载荷峰值，遍历循环数，记录所述第二最小载荷峰值所对应的系数和位置，所述位置即为所述插入间隔
。
[0016]可选地，通过所述载荷谱目标参数确定所述标识载荷循环数包括：
[0017]构建结构模型，设置疲劳载荷分析步，采用循环数为所述起始间隔位置的载荷谱和标识载荷的载荷参数作为疲劳载荷输入所述结构模型，获取应力强度，并计算应力强度因子，选择疲劳裂纹扩展，通过最大剪切应力设置扭转角度判据，结合所述应力强度因子拟合裂纹前缘，沿所述裂纹前缘定义路径，绘制
a
‑
N
曲线；
[0018]根据所述
a
‑
N
曲线，确定所述起始间隔位置对应的裂纹长度，并获取标识线宽度，根据所述裂纹长度和所述标识线宽度，获取标识载荷循环数，根据所述标识载荷循环数，确定所述起始间隔位置的下一位置所对应的裂纹长度，获取各个位置标识载荷循环数以及含标识载荷全寿命期载荷谱循环数
。
[0019]可选地，构建所述结构模型包括
:
[0020]建立结构关键部位几何模型，通过所述结构关键部位几何模型划分网格，获取有限元模型；
[0021]获取载荷谱最大峰值载荷，对所述结构关键部位施加大小与所述载荷谱最大峰值载荷相等的静载，提取最大应力节点编号以及危险部位，对搜所述危险部位建立集合；
[0022]通过所述集合定义裂纹扩展区域，剖分所述有限元模型，危险部位定义为子模型，其余部分定义为全局模型，根据所述试件的结构关键位置特征确定初始裂纹形态，采用所述最大应力节点编号，确定所述初始裂纹形态在所述裂纹扩展区域内的位置，并将裂纹旋转至合适位置，设置裂纹尖端网格，重新划分所述子模型的网格，合并划分后的所述子模型和所述全局模型，获取所述结构模型
。
[0023]可选地，获取各个位置标识载荷循环数以及含标识载荷全寿命期载荷谱循环数的方法为：
[0024]获取各个位置标识载荷循环数的方法为：
[0025][0026]其中，
N
ml
为各个位置标识载荷循环数，
N
w
，
l
为标识载荷循环数，
w
为标示线宽度，
l
为
0,1,2,
…
n
z1
；
[0027]获取含标识载荷全寿命期载荷谱循环数的方法为：
[0028]N
s
＝
N
M
+(n
z1
+1)
×
N
ml
[0029]其中，
N
s
为含标识载荷全寿命期载荷谱循环数，
N
M
为载荷谱循环数，
N
ml
为各个位置标识载荷循环数，
n
z1
为裂纹扩展分析中标识线的数量
。
[0030]可选地，获取包含有修正标识载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
随机载荷下插入低载的耐久性试验方法，其特征在于，包括：获取试件的载荷谱目标参数，通过所述载荷谱目标参数确定标识载荷的载荷参数，所述载荷参数包括：标识载荷插入位置和大小以及标识载荷循环数；将确定后的所述标识载荷插入载荷谱，在插入的断口处留下可判读的标识线，获取包含有标识载荷的载荷谱；其中，所述标识载荷为低载循环；对包含有标识载荷的载荷谱进行断口判断，根据判断结果，获取包含有修正标识载荷的载荷谱，对所述试件进行包含有修正标识载荷下的载荷谱疲劳试验，获取最终的裂纹扩展数据
。2.
根据权利要求1所述的随机载荷下插入低载的耐久性试验方法，其特征在于，所述标识载荷插入位置和大小包括：插入起始点
、
插入间隔
、
标识载荷大小
、
标识载荷中相邻载荷的时间间隔和标识载荷波形
。3.
根据权利要求2所述的随机载荷下插入低载的耐久性试验方法，其特征在于，通过所述载荷谱目标参数确定所述插入起始点包括：获取试件寿命，通过所述试件寿命，获取对应的载荷谱循环数，根据所述试件寿命，确定所述插入起始点的对应寿命，按照全寿命期载荷谱循环数进行计算，获取对应循环；在所述全寿命期载荷谱循环数附近寻找距所述对应循环数最近的固定级数中的第一最小载荷峰值，获取第一最小载荷峰值系数和循环数，即为所述插入起始点
。4.
根据权利要求2所述的随机载荷下插入低载的耐久性试验方法，其特征在于，通过所述载荷谱目标参数确定所述插入间隔包括：预设起始间隔位置
、
间隔阈值
、
固定距离以及固定范围，基于全寿载荷谱，从所述起始间隔位置开始，依据所述间隔阈值，依次寻找离所述固定距离最近，且在所述固定范围内的第二最小载荷峰值，遍历循环数，记录所述第二最小载荷峰值所对应的系数和位置，所述位置即为所述插入间隔
。5.
根据权利要求4所述的随机载荷下插入低载的耐久性试验方法，其特征在于，通过所述载荷谱目标参数确定所述标识载荷循环数包括：构建结构模型，设置疲劳载荷分析步，采用循环数为所述起始间隔位置的载荷谱和标识载荷的载荷参数作为疲劳载荷输入所述结构模型，获取应力强度，并计算应力强度因子，选择疲劳裂纹扩展，通过最大剪切应力设置扭转角度判据，结合所述应力强度因子拟合裂纹前缘，沿所述裂纹前缘定义路径，绘制
a
‑
N
曲线；根据所述
a
‑
N
曲线，确定所述起始间隔位置对应的裂纹长度，并获取标识线宽度，根据所述裂纹长度和所述标识线宽度，获取标识载荷循环数，根据所述标识载荷循环数，确定所述起始间隔位置的下一位置所对应的裂纹长度，获取各个位置标识载荷循环数以及含标识载荷全寿命期载荷谱循环数
。6.
根据权利要求5所述的随机载荷下插入低载的耐久性试验方法，其特征在于，构建所述结构模型包括
:
建立结构关键部位几何模型，通过所述结构关键部位几何模型划分网格，获取有限元模型；获取载荷谱最大峰值载荷，对所述结构关键部位施加大小与所述载荷谱最大峰值载荷相等的静载，提取最大应力节点编号以及危险部位，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺小帆，党霖薇，唐鼎承，韩亮，王金宇，辛浩，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：