一种频域下宽带多轴随机振动寿命预测方法

摘要

本发明公开了一种频域下宽带多轴随机振动寿命预测方法，涉及到宽带随机振动试验的数据采集、处理及寿命计算，属于材料在随机振动载荷下的疲劳性能领域。本发明抛弃了以往危险点应力张量引申计算多轴应力功率谱矩阵的方法，采取振动方向对应响应组合新的应力功率谱密度矩阵，同时修正了窄带近似法对于宽带高斯应力过程给出了过于保守的寿命估算结果，引入带宽修正系数。该方法能很好的计算宽带多轴随机振动寿命。

说明书

技术领域

本发明应用于频域下宽带随机多轴振动疲劳寿命预测领域，特指一种考虑各自振动方向响应的疲劳寿命预测方法。

背景技术

无论是船舶、重型机械或是近来备受关注的高超音速飞行器，都要求很多构件的疲劳寿命在10

许多结构在其工作年限内，承受的不仅仅是单方向的载荷，由于外界环境的随机性和复杂性以及加载历史的多样性，导致其承受的更多的是多轴载荷的作用，所以研究多轴应力状态下的疲劳寿命预测方法更加具有意义。本文课题就是在频域中对多轴随机振动载荷下结构的疲劳寿命预测，这对于机械耐久性设计有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的在于基于符合真实多轴随机振动工况下，提出频域下的宽带多轴随机振动疲劳寿命的预测方法，提高频域方法预测疲劳寿命的准确性。现如今大多方法针对多轴振动都是测危险点处的一点应力张量然后引申为多轴应力，一点处应力张量无法完全反映出多轴的也不能保证只有一个危险点，该种计算方法在输入参量时即产生误差。本文考虑了多轴真实响应数据的采集，同时考虑了多轴信号的相关性，将其作为计算参量，提出了更加准确的寿命预测方法。

本发明提供的频域下宽带多轴随机振动的寿命预测方法，其步骤为：

步骤1)对试件进行多轴随机振动试验，多轴试件为对称设计，在实验中转化成了两个方向的弯矩问题，将两方向弯矩产生的响应作为输入参量进行直接计算。

步骤2)两激振方向应力响应信号功率谱的获取，此两方向的应力为试件破坏的主要原因，我们取其中一段时间的时域数据，将其转化为应力时域数据，对其取自相关函数，然后对自相关函数进行连续傅里叶变换即可得到双边功率谱密度，由于考虑频率无负数，我们将负频率功率谱密度折合到正频率，即可得到应力响应的单边功率谱密度，其中自相关函数，傅里叶函数，单边功率谱密度函数表达式分别为：

步骤3)两方向响应信号相关功率谱的获取：取两方向响应信号互相关函数，然后对互相关函数进行连续傅里叶变换即可得到双边功率谱密度，然后再转化成单边功率谱密度，互相关函数表达式为。

步骤4)将求取的响应功率谱密度函数组成新的功率谱矩阵G，并利用拟合的多轴等效单轴系数矩阵Q

G

步骤5)利用求得的等效功率谱密度矩阵计算谱参数，谱距计算公式为：

步骤6)计算窄带分步法的概率密度函数，窄带近似法对于宽带高斯应力过程给出了过于保守的寿命估算结果，我们对其进行带宽修正。

D

式中D

步骤7)根据概率密度函数求出时间内循环次数。

n

式中v

步骤8)结合线性miner累计理论及材料S-N曲线，求出最终损伤。

S

式中λ

当累计损伤达到临界损伤D

与现有技术相比，本发明提供了一种直接采用多轴输入响应的频域宽带多轴随机振动寿命预测方法，对多轴应力功率谱密度进行修正，并对窄带近似法在带宽上进行修正，两次修正之后方法预测结果更加准确。

附图说明

图1为本发明方法提供的一种频域下宽带随机多轴振动疲劳寿命预测方法流程图。

图2为应变片粘贴位置图示。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

一种频域下宽带随机多轴振动疲劳寿命预测方法，该方法具体包括如下步骤，步骤1)对试件进行多轴随机振动试验，多轴试件为对称设计，四片应变片分别粘贴于其四条棱边圆弧最大处，若对应激振方向棱边出现裂纹，则以此棱边记录数据参与计算，若两条棱边皆有裂纹，则将该方向数据在频域做数值平均。

步骤2)两激振方向应力响应信号功率谱的获取，此两方向的应力为试件破坏的主要原因，我们取其应变时域数据，将其转化为应力时域数据，对其取自相关函数，然后对自相关函数进行连续傅里叶变换即可得到双边功率谱密度，由于考虑频率无负数，我们将负频率功率谱密度折合到正频率，即可得到应力响应的单边功率谱密度，其中自相关函数，傅里叶函数，单边功率谱密度函数表达式分别为：

步骤3)两方向响应信号相关功率谱的获取：取两方向响应信号互相关函数，然后对互相关函数进行连续傅里叶变换即可得到双边功率谱密度，然后再转化成单边功率谱密度，互相关函数表达式为。

步骤4)将求取的响应功率谱密度函数组成新的功率谱矩阵G，并利用拟合的多轴等效单轴系数矩阵Q

G

步骤5)利用求得的等效功率谱密度矩阵计算谱参数，谱距计算公式为：

步骤6)计算窄带分步法的概率密度函数，窄带近似法对于宽带高斯应力过程给出了过于保守的寿命估算结果，我们对其进行带宽修正。

D

式中D

步骤7)根据概率密度函数求出时间内循环次数。

n

式中v

步骤8)结合线性miner累计理论及材料S-N曲线，求出最终损伤。

S

当累计损伤达到临界损伤D

本发明提供了一种频域宽带多轴随机振动寿命预测方法，修正了以往用一点应力张量引申多轴应力的方法产生的误差，直接采用多轴振动应力响应参与计算，对多轴应力功率谱密度函数进行修正，并对窄带近似法在带宽上进行修正，两次修正之后方法预测结果更加准确。