随机谱下合并低载的耐久性试验方法技术

本发明专利技术公开了随机谱下合并低载的耐久性试验方法，获取试件的随机载荷谱，将所述随机载荷谱进行预处理，并获取随机载荷谱参数；将合并低载循环记为标识载荷，根据试验目标寿命和所述随机载荷谱参数，确定标识载荷参数；对试验件进行含所述标识载荷的随机谱下的疲劳试验，并对所述试验件的断口进行判读，获取裂纹扩展数据；通过所述裂纹扩展数据，判断所述标识载荷参数的合理性；若所述标识载荷参数不合理，则修正所述标识载荷参数；通过修正后的标识载荷参数确定的含耐久性试验随机谱对试验件进行试验，获取试验件的裂纹扩展数据

【技术实现步骤摘要】
随机谱下合并低载的耐久性试验方法


[0001]本专利技术属于材料测试
，尤其涉及随机谱下合并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)
原位电子计算机断层扫描
(Computed Tomography
，
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来给出准确的结果
。
因此迫切需要发展准确
、
快捷
、
简单的耐久性试验方法
。
[0004]此外，痕迹的形貌取决于结构几何
、
材料金相和载荷谱构成
。
关键部位特征，例如孔
、
焊缝等，影响裂纹形态和疲劳行为
。
金属材料的晶体结构
、
织构和沉淀相等也会造成疲劳行为存在差异
。
随机谱的组成也是一个重要的影响因素
。
考虑上述因素，合并低载法编制的耐久性试验载荷谱，标识载荷下裂纹扩展速率低，引入额外损伤被控制在很低的水平
。
但是，由于高载迟滞效应
、
裂纹闭合等因素，采用合并低载法载荷编制的耐久性试验载荷谱进行试验时，试件疲劳寿命存在误差，因此如何考虑上述因素确定合理的标识载荷参数，是需要解决的问题
。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出了随机谱下合并低载的耐久性试验方法，采用合并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
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了随机谱下合并低载的耐久性试验方法，包括：
[0007]获取试件的随机载荷谱，将所述随机载荷谱进行预处理，并获取随机载荷谱参数；
[0008]将合并低载循环记为标识载荷，根据试验目标寿命和所述随机载荷谱参数，确定标识载荷参数；
[0009]对试验件进行含所述标识载荷的随机谱下的疲劳试验，并对所述试验件的断口进行判读，获取裂纹扩展数据；
[0010]通过所述裂纹扩展数据，判断所述标识载荷参数的合理性；
[0011]若所述标识载荷参数不合理，则修正所述标识载荷参数；
[0012]通过修正后的标识载荷参数确定的含耐久性试验随机谱对试验件进行试验，获取试验件的裂纹扩展数据
。
[0013]可选的，所述随机载荷谱进行预处理包括：
[0014]将所述随机载荷谱峰值进行排序，获取前若干级峰值大小对应系数和出现次数；
[0015]确定前若干级峰值位置，获取峰值大小和对应所述随机载荷谱中的位置
。
[0016]可选的，所述随机载荷谱参数包括随机载荷谱的波形
、
总循环数
、
对应飞行小时数和频率
。
[0017]可选的，所述标识载荷参数包括：标识载荷合并起始位置
、
标识载荷合并位置
、
标识载荷大小
、
标识载荷中相邻载荷的频率
、
标识载荷波形
、
标识载荷循环数
。
[0018]可选的，根据试验目标寿命
、
对应的载荷谱循环数和所述随机载荷谱参数，确定标识载荷参数包括：
[0019]根据所述试验目标寿命对应的载荷谱循环数，获取所述标识载荷合并起始位置；
[0020]基于全寿命载荷谱，从所述标识载荷合并起始点开始根据预设间隔对载荷谱进行遍历，获取预设范围内的最低载荷，获取最低载载荷峰值
、
谷值和位置，通过所述位置获取所述标识载荷合并位置；
[0021]基于所述最低载载荷峰值和所述随机载荷谱，获取所述标识载荷大小；
[0022]根据所述随机载荷谱中峰值和谷值频率的最大值，获取所述标识载荷中相邻载荷的频率；
[0023]根据所述随机载荷谱的参数，获取所标识载荷波形；
[0024]预设若干标识载荷循环数，合并所述随机载荷谱中预设位置低载循环，编制含所述标识载荷的耐久性载荷谱，并通过模拟裂纹扩展过程，获取含不同循环数标识载荷的耐久性载荷谱下的裂纹扩展数据，根据预设的标识载荷参数确定原则，获取所述标识载荷循环数
。
[0025]可选的，获取所述标识载荷循环数包括：
[0026]S1、
基于所述全寿命载荷谱，从所述标识载荷合并起始位置
、
合并最低载荷开始，依次寻找和合并下一级低载直至标识载荷循环数达到所述预设若干标识载荷循环数，并记录最终合并低载的级数；
[0027]S2、
采用
Willenborg
模型和
Forman
裂纹扩展公式模拟裂纹扩展过程，验证所述预设若干标识载荷循环数合理性，若不合理则将所述预设若干标识载荷循环数与预设系数进行乘积，返回
S1
步骤，直至寿命误差小于预设值，获取所述标识载荷循环数
。
[0028]可选的，对试验试件进行含所述标识载荷的随机谱下的疲劳试验，并对所述试验件的断口进行判读包括：
[0029]获取所述试验件断裂循环数及所述试验件断裂循环数在全寿命期含标识载荷随机谱中的位置，获取试验件断口上的标识线；
[0030]通过所述标识载荷合并位置
、
所述标识载荷循环数和所述随机载荷谱参数
,
获取所述标识线对应寿命；
[0031]判断裂纹萌生位置，通过向所述裂纹萌生位置利用所述标识线测量裂纹长度；
[0032]将所述标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
随机谱下合并低载的耐久性试验方法，其特征在于，包括：获取试件的随机载荷谱，将所述随机载荷谱进行预处理，并获取随机载荷谱参数；将合并低载循环记为标识载荷，根据试验目标寿命和所述随机载荷谱参数，确定标识载荷参数；对试验件进行含所述标识载荷的随机谱下的疲劳试验，并对所述试验件的断口进行判读，获取裂纹扩展数据；通过所述裂纹扩展数据，判断所述标识载荷参数的合理性；若所述标识载荷参数不合理，则修正所述标识载荷参数；通过修正后的标识载荷参数确定的含耐久性试验随机谱对试验件进行试验，获取试验件的裂纹扩展数据
。2.
如权利要求1所述的随机谱下合并低载的耐久性试验方法，其特征在于，所述随机载荷谱进行预处理包括：将所述随机载荷谱峰值进行排序，获取前若干级峰值大小对应系数和出现次数；确定前若干级峰值位置，获取峰值大小和对应所述随机载荷谱中的位置
。3.
如权利要求1所述的随机谱下合并低载的耐久性试验方法，其特征在于，所述随机载荷谱参数包括随机载荷谱的波形
、
总循环数
、
对应飞行小时数和频率
。4.
如权利要求1所述的随机谱下合并低载的耐久性试验方法，其特征在于，所述标识载荷参数包括：标识载荷合并起始位置
、
标识载荷合并位置
、
标识载荷大小
、
标识载荷中相邻载荷的频率
、
标识载荷波形
、
标识载荷循环数
。5.
如权利要求4所述的随机谱下合并低载的耐久性试验方法，其特征在于，根据试验目标寿命
、
对应的载荷谱循环数和所述随机载荷谱参数，确定标识载荷参数包括：根据所述试验目标寿命对应的载荷谱循环数，获取所述标识载荷合并起始位置；基于全寿命载荷谱，从所述标识载荷合并起始点开始根据预设间隔对载荷谱进行遍历，获取预设范围内的最低载荷，获取最低载载荷峰值
、
谷值和位置，通过所述位置获取所述标识载荷合并位置；基于所述最低载载荷峰值和所述随机载荷谱，获取所述标识载荷大小；根据所述随机载荷谱中峰值和谷值频率的最大值，获取所述标识载荷中相邻载荷的频率；根据所述随机载荷谱的参数，获取所标识载荷波形；预设若干标识载荷循环数，合并所述随机载荷谱中预设位置低载循环，编制含所述标识载荷的耐久性载荷谱，并通过模拟裂纹扩展过程，获取含不同循环数标识载荷的耐久性载荷谱下的裂纹扩展数据，根据预设的标识载荷参数确定原则，获取所述标识载荷循环数<...

【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：