基于超高斯振动激励的结构加速寿命试验技术研究

摘要

振动环境广泛存在于装备服役期间的各个环节，引起的疲劳问题严重危及重大装备及结构的可靠性和安全性。如果能够提前准确预测结构的振动疲劳寿命，就可在研制阶段为装备定寿、延寿提供科学的依据，并在使用阶段及时采取预防措施以防灾难性事故的发生。随着结构可靠性水平的提高，结构振动疲劳寿命越来越长，振动加速试验成为验证其寿命能否达到设计要求的必然选择。
　　当前工程中进行结构振动疲劳分析和加速寿命试验研究时，通常假设结构承受的随机载荷符合高斯分布。但在实际环境中，许多随机载荷呈现比较明显的超高斯特性，尤其是在工况恶劣或者极端环境下。而随机载荷的超高斯特性对结构的振动疲劳寿命有着不容忽视的影响，采用高斯假设会给装备服役或使用埋下隐患。因此，开展基于超高斯振动激励的结构加速寿命试验技术研究具有重要的现实意义和工程应用价值。
　　针对装备在超高斯随机振动环境下的结构寿命与可靠性评估需求，本文对超高斯振动激励下结构动态应力响应分析、超高斯振动结构疲劳寿命计算方法、超高斯振动加速模型及试验策略等方面进行了系统的研究，主要研究内容和结论如下：
　　1.通过振型叠加法建立了等截面悬臂梁在超高斯基础加速度激励下的动态应力响应计算公式，并通过数值仿真算例得到了超高斯振动激励的峭度及带宽对应力响应超高斯特性的影响规律。
　　2.以缺口悬臂梁结构为试验对象，通过设计不同的试验剖面开展超高斯随机振动摸底试验，系统研究了超高斯随机振动激励各参数对结构振动疲劳寿命的影响规律，为制订科学合理的试验策略奠定了基础。
　　3.采集并分析了摸底试验中结构危险点处的动态应变信号，进一步验证了数值仿真算例中得到的结论，同时验证了振动疲劳寿命时域计算方法对超高斯振动的有效性。
　　4.基于故障物理分析方法，结合线性系统理论与随机过程理论推导了高斯、超高斯振动加速模型，给出了模型中未知参数的估计方法，并通过试验验证了模型及参数估计方法的有效性。
　　5.基于超高斯振动加速模型，提出了一种工程实用的随机振动疲劳加速试验策略，并根据试验流程设计了相应的支撑工具，便于工程应用。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究思路与内容安排

第二章 超高斯基础激励下结构动态应力响应分析

2.1 机械振动理论

2.2 动态应力响应求解方法

2.3 数值仿真算例

2.4 本章小结

第三章 超高斯随机振动摸底试验

3.1 试验设计

3.2 试验结果分析

3.3 本章小结

第四章 超高斯随机振动加速模型与试验验证

4.1 高斯随机振动加速模型

4.2 超高斯随机振动加速模型

4.3 随机振动加速模型试验验证

4.4 本章小结

第五章 超高斯随机振动加速试验策略与支撑工具

5.1 超高斯随机振动加速试验策略

5.2 支撑工具

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果