结构振动疲劳特性及其试验方法研究

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振动疲劳试验寿命确定方法研究_杨万均

振动疲劳试验寿命确定方法研究_杨万均

振动疲劳试验寿命确定方法研究_杨万均DOI:10.13952/ki.jofmdr.2019.02.022第28卷第2期2019年4月机械设计与研究MachineDesignandResearchVol.28No.2Apr.,20192343(2019)02-071-02文章编号:1006-振动疲劳试验寿命确定方法研究杨万均,施荣明(沈阳飞机设计研究所,E-mail:yangwanjun2019@sohu.com)沈阳110035,摘要:提出了一种确定振动疲劳试验寿命的方法,首先基于有限元分析获得2A12铝合金简支梁试件的裂纹长度与试件固有频率的关系曲线,借助断裂力学失效准则,计算试件在试验载荷下疲劳失效时的临界裂纹长度,根据临界裂纹长度对应的固有频率能够确定试件疲劳失效时固有频率下降的幅度,从而根据振动疲劳试停机时所经历的循环数即为振动疲劳的试验寿命。

该方法结合理论验固有频率跟踪控制技术确定停机标准,与实际,为振动疲劳试验寿命的确定提供了理论依据,统一了试验标准,并且在实际操作试验过程中容易操作,所得的结果安全可靠。

关键词:振动疲劳;裂纹扩展动应力强度因子;试验寿命中图分类号:V215.5文献标识码:AResearchontheConfirmationMethodofVibrationFatigueExperimentLifeYANGWan-jun,SHIRong-ming(ShenyangAircraftDesignandResearchInstitute,Shenyang110035,China)Abstract:Anovelmethodofdeterminingthevibrationfatigueexperimentlifewasproposedinthispap er.Firsttherelationshipbetweenthecracklengthandthemodalfrequencyofthealuminiu malloy2A12modelwasacquiredbyfiniteelementanalysis.Accordingtothefracturefailu rerule,thecriticalcracklengththespecimencanbecomputedatexperimentloadspectrum,thedecreasesoftheinherentfrequencywhenthespecimenfailuredcanbedetermined.Then thestoppingcriterionofvibrationfatigueexperimentscanbeconfirmedbytheinherentfrequencytrackingandcontrol-lingtechnology,andthetimeorcirclesexperiencedwhenstoppingisrightthevibrationfatigueexperiment life.Themethodprovidedtheoreticalcriterionfordetermingthevibrationfatigueexpe rimentlifebycombiningthetheoriesandapplications,andthecriterionofthevibrationfatigueexperimentwasunified.Itisalsoeasytooperat eandtheresultswasreliable.Keywords:vibrationfatigue;crackpropagation;dynamicstressintensityfactor;experimentlife9]提出以结构固有频率下降人员带来很大的困难。

典型结构件的振动疲劳分析

典型结构件的振动疲劳分析

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典型结构件的振动疲劳分析
图清单
图 1.1 基础激励振动疲劳试验装置 ........................................................................................ 4 图 1.2 铝合金疲劳裂纹扩展曲线及实物图.............................................................................. 4 图 1.3 复合膜材料疲劳寿命曲线............................................................................................ 5 图 1.4 有机塑料的 S-N 曲线 ................................................................................................... 5 图 1.5 LY12CZ 铝合金动态疲劳 S-N 曲线.........................................................................频率,模型修正,频率变化,裂纹扩展
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典型结构件的振动疲劳分析
Abstract
At present, the conventional analytical methods of static fatigue has been formed a separate system, and in engineering applications are quite ripe. But in actual environment, the project structure is often working in the environment of the vibration loads, the principal loss of structure is caused by vibration. Only use the idea of static fatigue can not compeletly explain the vibration conditions of failure,because it omits the key role of the changes of frequency . As a result, we take the common typical structure of aircraft as analyzing objects. Futhermore, we use the finite element software of MSC.patran&nastran and fatigue as a platform building dynamic models to study its’dynamic features and fatigue life. This paper put forward a method which considers frequency as a main factor to predict the life of structure. All works of this paper includes: First, we choose unidirectional stiffened plate and linking slab which are widely used in aircraft as objects to complete the structural vibration fatigue experiments under resonant excitation, realizing band motivation of the incentive frequency tracking structure inherent frequency and studying structure life change rule and the dynamic change of natural frequency by the resonance conditions. Results show that structural dynamic characteristics have important influence on fatigue life and nature frequency with the fatigue process is drab degressive. Futhermore, all works Based on the MSC. Patran&nastran platform, establishing the typical structure finite element dynamic model to complete the modal analysis and validate the finite element model is correct. And we use the amended model to analysis structure dynamic response, so as to realize the fatigue life calculation. Moreover, considering frequency variation of structure damage effect, this paper puts forward the frequency as the main parameters of resonance fatigue longevity methods. Through reasonable simplification and assumptions, using the finite element software of ABAQUS to simulate the dynamic structure crack propagation (named frequency of dynamic decreasing process), dynamic analysis is studied on each stages. SN method and damage tolerance are picked to simulate the progress of Adopt SN method, damage tolerance is done by the way under the condition of simulation timely resonance fatigue life. The example shows that the method is simple and reasonable and provides reference for vibration fatigue analysis. Key words : vibration fatigue; typical structure; natural frequency; model modification; frequency change; crack propagation

结构振动疲劳技术

结构振动疲劳技术

结构振动疲劳技术结构振动疲劳技术在工程结构设计和维护中具有重要意义。

它研究结构在振动载荷下的疲劳行为,帮助工程师预测结构的寿命,采取适当的措施延长结构的使用寿命。

本文将介绍结构振动疲劳技术的基本原理、应用和发展方向。

结构振动疲劳技术的基本原理是通过研究结构在振动载荷下的疲劳行为来预测结构的寿命。

结构的振动载荷可以是自然产生的,也可以是外部施加的,例如机械振动、风振等。

结构在振动载荷下会发生应力、应变的变化,超过材料的疲劳极限会导致结构的损坏。

结构振动疲劳技术的应用可以分为结构设计和结构维护两个方面。

首先,结构设计阶段需要预测结构在整个使用寿命内的振动疲劳性能。

工程师需要根据结构的使用要求,并参考材料的应力-寿命曲线,预测结构的寿命,并选择适当的材料和结构形式来满足寿命要求。

其次,在结构维护阶段,工程师需要对结构进行定期检测和监测,以及根据实际的使用情况和疲劳损伤情况采取相应的维护措施,延长结构的使用寿命。

结构振动疲劳技术的发展方向主要包括以下几个方面。

首先,精确预测结构的振动疲劳性能是结构设计的关键。

工程师需要进一步研究不同材料和结构形式的振动疲劳特性,优化结构设计,提高结构的使用寿命。

其次,结构振动疲劳技术需要与其他技术相结合,例如结构动力学、材料力学等。

通过综合运用多种技术手段,能够更加准确地预测结构的振动疲劳性能,指导结构设计和维护工作。

另外,随着科技的发展,结构振动疲劳技术也可以应用于智能结构和无人机等领域。

利用传感器和数据处理技术,能够实时监测结构的振动疲劳情况,提供及时的预警和维护建议。

结构振动疲劳技术在很多领域具有广泛应用。

例如建筑工程、桥梁工程、飞机设计等。

这些工程结构长期受到振动载荷的作用,需要保证结构的安全性和可靠性。

结构振动疲劳技术可以帮助工程师预测结构的使用寿命,选择合适的材料和结构形式。

它还可以指导结构的维护工作,减少结构的损伤和维护成本。

综上所述,结构振动疲劳技术在工程结构设计和维护中具有重要意义。

基于ANSYS的梁板结构振动疲劳分析

基于ANSYS的梁板结构振动疲劳分析
料 的极 限强度 低 , 因此 应 力疲 劳 (t s— ae ) 于 Sr s b sd 用 e 高周 疲 劳 。 在应 用 AN Y S S模拟仿 真 中 疲 劳模块 拓 展程 序 ( a g eMo uead o ) 用 的是 基 于应 力 Ftu dl d —n 采 i
导致失 效
频率/z . 1 . l . I . l1 I 0 l 5 I 0 H 1 5 0 5 5 5 2 0 1 2 3 2 3
在 A S S中载荷 与疲 劳失效 的关 系, NY 一般 采用
位 / 0 102 .8 . .6 . 0 1 0 1 移m l0 10 l 210l 0l叭l 5 . m . 0 2 0 . 0 0 0 0 . 10 0
应很 容 易得 到计 算 。相反 , 比例 载荷 没有 隐 含各 非
应力 之 间相互 的关 系 , 型情况 包 括: 典 在两个 不 同载 荷工 况 间的交 替变化 , 变载 荷叠 加在 静载荷 上 , 交 非 线性 边界 条件 对 于应力 的定 义, 虑在 最 大最小 应 力值 t n 考 r mi 和 c a 作 用下 的 比例载 荷 、 定振 幅 的情况 : r x m 恒
宽 度 b 4 一 = E 3m。
发 生 的是对 称循 环 载荷 。这 就是 o = , 一 - O R= 1的情 m
况。

当施 加 载荷 后又 撤 除该 载荷 发 生脉 动循 将
表 1 梁板结构 振谱 表
环 载荷 。这 就是 盯 m=c x2 R 0的情 况 。 r /。= ma

如 果 同个 部 件作 用 在更 高 的载 荷下 , 致 失 导
应 力一 寿命 曲线或 S N 曲线。展示 出应 力 幅 —

双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试理论与方法

双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试理论与方法

双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试理论与方法双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试理论与方法随着能源需求的增长和环保意识的提高,风能成为一种可再生、清洁的能源来源备受关注。

在风能发电系统中,风电叶片是将风能转化为机械能的关键部件之一。

由于长期受到风力的作用,风电叶片容易出现疲劳损伤,影响其使用寿命和安全性能。

因此,疲劳测试对于了解风电叶片的疲劳性能以及提高其可靠性具有重要意义。

双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试是一种广泛应用的方法,能够真实模拟风电叶片在实际工作环境中的受力情况,获取叶片在不同负荷条件下的疲劳特性数据。

本文将详细介绍双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试的理论与方法。

首先,双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试的理论基础是共振原理。

当叶片受到与其固有频率相同的载荷时,会出现共振现象,使叶片发生明显的振动。

利用共振原理可以在实验室中模拟风电叶片在实际工作条件下的共振振动,从而研究其疲劳损伤特性。

其次,双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试的方法主要包括试验设备的搭建和试验过程的操作。

首先,需要建立一个能够模拟风力加载和叶片振动的实验台架。

实验台架上设有叶片固定装置和加载装置,分别用于固定叶片和施加负载。

在试验过程中,通过控制载荷的大小和频率,使叶片达到共振状态,并记录叶片在不同载荷下的振动响应。

双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试须进行多组试验,通过改变载荷的振动频率和幅值来模拟不同工况下的叶片受力情况。

通过测量叶片的振动加速度、应变和应力等参数,可以获得叶片在不同工况下的振动响应和受力状态。

通过对多组试验数据的统计和分析,可以得出风电叶片在实际工作环境中的疲劳特性。

另外,为了对双轴共振式风电叶片全尺寸结构的疲劳性能进行更准确的评估,还可以通过有限元分析等数值模拟方法来验证试验结果,并进一步优化叶片结构和材料。

通过将试验结果与数值模拟结果进行对比分析,可以评估叶片的疲劳寿命和安全性能。

机载雷达结构随机振动疲劳破坏技术研究

机载雷达结构随机振动疲劳破坏技术研究

t h e v i b r a t i o n e x p e ime r n t r e s u l t , e x p l o r e s t h e t h e o y r o f t h e s t r u c t u r e f a t i g u e d e s t uc r t i o n a n d a n ly a s e s t h e i mma — n e n t r e l a t i o n s h i p o f mo d e v i b r a t i o n f o r ma t a n d r a n d o m v i b r a t i o n d e s t uc r t i o n . Be s i d e s ,a n a n ly a s i s me t h o d or f f a t i ue g l i f e b a s e d o n P S D i s a l s o i n t r o d u c e d .Wi t h MS C s o f t w a r e c o mb i n e d w i t h t h e p o p u l a r f a t i ue g a n a l y s i s s o f t wa r e,f a t i g u e l i f e a n ly a s i s a n d c a l c u l a t i o n or f a i f x i n g s h e l f a r e c a r i r e d o u t .T h e a n a l y s i s r e s u l t a g r e e s w i t h
Ab s t r a c t :As o n e o f t h e p r i ma r y f o r m o f t h e a v i a t i o n s t r u c t u r e d e s t uc r t i o n,t h e d e s t uc r t i o n f r o m v i b r a t i o n f a — t i g u e h a s h u g e p a t e n t i a l t h r e a t .F o r e c a s t i n g t h e w e a k n e s s f l e e t l y a n d a c c u r a t e l y i n s t uc r t u r e r a n d o m v i b r a t i o n i s

振动冲击对机械结构的疲劳破坏研究

振动冲击对机械结构的疲劳破坏研究

振动冲击对机械结构的疲劳破坏研究机械结构在长期使用和运行的过程中,往往会遭受振动冲击的影响,这对结构的可靠性和耐久性都会产生重大影响。

因此,对振动冲击对机械结构的疲劳破坏进行深入研究具有重要意义。

首先,振动和冲击是机械结构长期运行中不可避免的外部条件。

振动是指物体在空间中周期性或非周期性地摆动或震动,而冲击则是指物体突然受到的推拉力或撞击力。

这两种外部条件都会给机械结构带来疲劳破坏的风险。

其次,振动和冲击会导致机械结构的疲劳寿命减少。

振动会引起机械结构内部的应力和变形,如果振动频率接近结构的固有频率,就可能造成共振现象,进而导致结构的破坏。

冲击则是在很短的时间内对结构施加高强度的力,这样的冲击荷载往往会导致结构的瞬时破坏。

振动和冲击的持续作用会导致机械结构的疲劳寿命缩短,加速结构的老化过程。

此外,振动和冲击产生的能量也可能对机械结构的局部区域造成损伤。

当振动和冲击能量的频率达到或接近结构的固有频率时,结构的某些部位可能会出现共振现象。

在共振状态下,结构局部区域的位移和应力会变得非常大,从而导致该区域的损伤甚至破坏。

因此,在设计和使用机械结构时,需要尽量避免结构的固有频率与振动或冲击源的频率相近,以减少共振的风险。

在振动冲击对机械结构疲劳破坏的研究中,一种常见的方法是通过模拟试验来获取相关数据,并进行数值分析和建模。

试验中,将机械结构置于特定的振动或冲击环境中,记录下结构的响应。

通过分析试验数据,可以得到结构的疲劳寿命和振动冲击对结构的影响程度。

同时,利用数学模型和有限元分析等工具,可以更精确地了解结构的内部应力和变形分布,以及结构在不同振动冲击条件下的破坏模式。

此外,在振动冲击研究的过程中,还需要考虑到机械结构的材料特性和结构的几何形状对疲劳破坏的影响。

不同材料有不同的疲劳强度和韧性,这会直接影响结构的耐久性。

而结构的几何形状也会决定结构在振动和冲击下的应力集中程度,从而影响结构的破坏位置和方式。

振动环境下结构疲劳性能与寿命评估

振动环境下结构疲劳性能与寿命评估

振动环境下结构疲劳性能与寿命评估在振动环境下,结构的疲劳性能与寿命评估是非常重要的。

振动环境下的结构疲劳是指结构在受到周期性外力作用下,由于应力的累积作用而引起的结构破坏现象。

结构的疲劳性能评估旨在确定结构的劳寿命,以便预测结构在实际使用条件下的可靠性和安全性。

结构的疲劳性能与寿命评估涉及以下几个关键方面:振动环境分析:首先需要对振动环境进行分析,包括振动频率、振动幅值、振动周期等参数的测量和分析。

常用的方法包括现场振动测试、实验室振动台测试以及数值模拟等。

应力分析:振动环境下的结构会受到周期性外力的作用,这会引起结构内部应力的变化。

通过应力分析,可以确定结构在不同工况下的应力分布情况,从而评估结构的疲劳性能。

疲劳寿命预测:基于应力分析结果,可以采用疲劳寿命预测方法来评估结构的疲劳寿命。

常用的方法包括应力范围法、应力时间法、应力幅值法等。

这些方法基于材料的疲劳性能曲线和结构的应力历史,可以预测结构在不同工况下的疲劳寿命。

结构可靠性评估除了预测疲劳寿命,还需要对结构的可靠性进行评估。

可靠性评估包括确定结构的失效概率、可靠度指标等,以评估结构在振动环境下的安全性。

寿命评估与优化设计:通过对结构的疲性能评估,可以发现结构的疲劳弱点和寿命短板。

基于这些评估结果,可以进行结构的优化设计,包括改善材料性能、调整结构参数、增加支撑等措施,以提高结构的疲劳寿命和可靠性。

需要注意的是,振动环境下结构的疲劳性能与寿命评估是一个复杂的工程问题,需要综合考虑材料特性、结构形式、振动环境和设计要求等多个因素。

同时,疲劳性能评估的准确性也受到振动环境测试和应力分析等技术手段的限制。

因此,在进行结构疲劳性能评估时,需要综合运用实验、数值模拟和经验方法,以提高评估结果的准确性和可靠性。

总之,振动环境下结构的疲劳性能与寿命评估对于确保结构的安全可靠性至关重要。

通过对振动环境的分析、应力分析和疲劳寿命预测等方法的综合应用,可以评估结构的疲劳性能,并提出相应的优化设计方案,以提高结构的疲劳寿命和可靠性。

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分类号 TB534 密 级
学校代码 10699 学 号 066016006
西 北 工 业 大 学
硕 士 学 位 论 文
(学位研究生)
题目:结构振动疲劳特性及其试பைடு நூலகம்方法研究

者:
史展飞 固体力学 李玉龙
学科专业: 指导教师:
2009 年 3 月,西安
Northwestern Polytechnical University
Thesis for the Degree of Master
Title: A study on the fatigue properties and experimental method of structure vibration fatigue
Author:
Zhanfei Shi
Subject: Solid Mechanics Advisor: Yulong Li
III
西北工业大学硕士学位论文
Abstract
resonant frequency, the resistance of the structure to fatigue failure was the best. When the vibration frequency was lower than the resonant one, the resistance fatigue of structure was poor. The worst resistance fatigue for structure occurred at the resonant frequency. Fatigue fracture surface showed that the crack source was initiated from scratch or defects in the edges and surface of rectangular section beam. Besides conventional resisting fatigue design method, four other aspects such as alleviating vibration source, reducing vibration transfer, vibration control and optimizing the structure and technology should also be considered in order to improve the vibration fatigue resistance. (3) In order to accomplish the vibration experiment of LY12 aluminum alloy cantilever beam under high stress, non-resonance exciting frequency, mechanical excitation equipment was designed, which was drove by an dc driver motor. The test sample was loaded by cam-lever arm equipment. In this equipment, the frequency could be adjusted by controlling the rotational speed of the an dc driver motor and the amplitude adjusting could be achieved by applying the cams with different outlines. The debugging result showed that this equipment can be used to carry out experiments with high stress and non-resonance frequency vibration. Keywords: Vibration fatigue, frequency effect, mechanical exciting equipment, Vibration fatigue resistant design
March, 2009 in Xi`an City
西北工业大学硕士学位论文
摘要
摘要
振动疲劳是指交变激励频率与结构的某阶固有频率接近或一致时使结构产 生的疲劳失效。振动疲劳因其具有突发性,往往造成灾难性后果,特别在航空航 天结构设计中成为一个不可回避的问题。 振动疲劳的首要研究问题是分析振动频 率对疲劳特性的影响。 本文讨论了振动频率对合金高周疲劳寿命和裂纹扩展模型 的影响, 通过试验研究了铝合金悬臂梁结构在同一应力水平不同频率激励时的疲 劳特性,提出了结构抗振动疲劳破坏的设计方法,并设计了可调幅、调频的机械 式激励装置。本文拟为航空结构安全性设计提供参考。具体工作总结如下: (1) 通过对国内外文献报道的学习,发现加载频率对不同材料高周疲劳特性 的影响存在差异。钢材的高周疲劳特性受加载频率的影响较大,其高频 试验下得到的振动疲劳 S-N 曲线结果须加以修正才可使用;铝合金的高 周疲劳特性受加载频率的影响较小,其高频试验下得到的振动疲劳 S-N 曲线结果可直接使用。同时,加载频率对疲劳寿命的影响导致了不同的 裂纹扩展模型。 (2) 本研究针对 LY12 铝合金悬臂梁结构在不同频率进行了同一应力水平的 振动疲劳试验,结果表明该结构的疲劳特性在一定范围内,不同频率激 励下表现不同。且在共振曲线的共振频率两侧,用对称频率激励时得到 的结果不同。在激励频率高于共振频率振动时,结构抵抗疲劳失效的能 力最好;激励频率低于共振频率振动时,结构抵抗疲劳失效的能力较弱; 在共振频率振动时,结构抵抗疲劳失效的能力最差。疲劳断口形貌表明 裂纹源产生于矩形截面梁的棱边和梁表面的划痕、缺陷处。提高结构的 抗振动疲劳性能,除了常规的抗疲劳设计方法,还应从减轻振源、减少 振动传递、振动控制、结构及工艺优化四个方面为原则进行设计。 (3) 为了完成 LY12 铝合金悬臂梁结构高应力、非共振频率激励的振动试验, 设计了机械式激励设备。该设备由直流调速电机提供动力,采用凸轮— 杠杆机构完成对试样的加载。通过控制电机转速实现调频及不同轮廓线 的凸轮实现调幅。设备调试结果表明,该激励设备用于高应力、非共振 频率的振动试验是可行的。 关键词:振动疲劳,频率效应,机械激励设备,抗振动疲劳设计
I
西北工业大学硕士学位论文
摘要
II
西北工业大学硕士学位论文
Abstract
Abstract
Vibration fatigue is a kind of fatigue failure, which occur when the alternate excitation frequency is close to or the same with the natural frequency of the structure. Vibration fatigue usually happens suddenly, and therefore often leads to catastrophic consequences. Hence , it becomes an unavoidable problem for structural design in the fields of aeronautics and astronautics. The primary research issue of vibration fatigue is to analyze the effect of vibration frequency on fatigue properties. In this paper, we discussed the influence of vibration frequency on the high cycle fatigue life and crack propagation, investigated the fatigue property of aluminum alloy projecting beam structure under the same stress but different frequency excitation, the design methods for resisting failure of vibration fatigue in structural material were proposed, and designed a amplitude-modulated and frequency-modulated control mechanical excitation installation. The paper could provide actual reference for the sake of aerospace structure safe design. The main works were as follows: (1) By systematically investigating the open literatures and reports, we discovered that loading frequency had different influence on the high cycle fatigue life of different material. The high cycle fatigue properties of steel were greatly influenced by loading frequency. Its results from vibration fatigue S-N curve under high frequency should be properly modified before using. While for aluminum alloys, the high cycle fatigue properties were influenced less and the results obtained from vibration fatigue S-N curve under high frequency could be used directly for engineering application. Meanwhile, we also found that different effects of loading frequency on fatigue life lead to different crack propagation models. (2) Vibration fatigue experiment on a cantilever beam made of LY12 aluminum alloy was carried out at the same stress level but different vibration frequency. During a certain exciting frequency range, the fatigue properties of the tested structure were very sensitive to the exciting frequency. On both sides of the resonant frequency of the resonant curve, the experimental results were different when the exciting frequency was asymmetric. When vibration frequency was higher than the
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