某整流罩支架随机振动疲劳寿命仿真——胡磊

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1、某整流罩支架随机振动疲劳寿命分析胡磊，王轲(南京航空航天大学振动工程研究所,江苏南京210016)摘要:为了对某整流罩支架结构进行疲劳寿命预测，本文利用有限元分析软件MSC.Patran、MSC.Nastran、MSC.Fatigue[1][2]等,进行了结构随机振动疲劳分析并用振动疲劳试验进行了验证，最终对比不同支架模型寿命仿真结果，证明了新支架能够满足使用要求。进行分析时首先需要建立结构的有限元模型，并且利用模态实验结果对模型进行优化，得到较精确的模型。然后对结构进行频率响应计算,得到结构的传递函数，

2、根据载荷和传递函数计算得到响应的应力功率谱,最终利用频域方法计算结构的疲劳寿命。仿真所得对比于实验结果，发现两者处于同一量级,仿真结果可信，新支架满足要求。关键词：疲劳寿命;随机振动;频域法中图分类号：TP391.9TherandomvibrationfatiguelifeanalysisofacertaincowlingtrestleHuLei，WangKe(InstituteofVibrationEngineering,NanjingUniversityofAeronautics&Astronauti

3、cs,Nanjing210016,China)Abstract:Inordertoforecastthefatiguelifetime,wedoanalysisforthecowlingtrestleincludingtherandomvibrationfatigueanalysisandvalidatingtheresultbyusingfiniteelementanalysissoftwareMSC.Patran,MSC.Nastran,MSC.Fatigue.Theresulthasprovedth

4、attheImprovedStructurecanmeettheneedscompletely.Atfirst,afiniteelementmodelshouldbemodeled,andbeoptimizedbyusingmodalexperimentresults.Andthenextstepiscalculatingthefrequencyresponseofthestructuretoobtainthetransferfunction,thenmultiplyingthistransferfunc

5、tionwiththeinputofthepowerspectrumtoobtainthepowerspectraldensityofstress.Soitisabletofigureoutthefatiguelifeofthestructurethroughfrequencydomainmethod.Comparingthesimulationresultswiththeexperimentalresultsprovesthatthetworesultsareinthesameorderofmagnit

6、ude,sotheaccuracyandreliabilityofsimulationresultsarereliable.Theresultsalsoshowthattheimprovedstructurecanmeettherequirements.Keywords:fatiguelifetime;randomvibration;frequencydomainmethod1引言疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以

7、疲劳破坏经常造成重大事故。对于本文所涉及的整流罩结构，进过实测发现其承受的是复杂谱载荷，结构上各点的应力变化过程复杂，体现了宽频带的特点。在此种条件的疲劳寿命预估只能采用随机振动疲劳分析方法完成。随机振动下构件的可靠性分析主要有时域和频域两种分析方法[3-6]。时域可靠性分析方法需要进行循环计数、数据处理量非常大。基于功率谱密度的频域分析方法凭借计算简单、不需要循环计数的优点受到青睐，并利用该方法估算构件局部危险部位的疲劳寿命。功率谱密度函数是描述平稳各态历经过程的最重要参数，利用功率谱密度可以获得构件局

8、部应力、单位时间内应力的近似循环次数等。基于功率谱密度的构件疲劳寿命估算已经在汽车、航空航天和机器制造等工业领域得到广泛应用，本文即用此方法进行仿真分析。2随机激励载荷谱由实际情况所限，飞行数据只有支架危险点附近的响应数据，因此需要由此来推测出支架所承受的激励。由于支架的外载荷属于宽频的随机激励，本文假设支架激励为白噪声激励，疲劳振动试验激励也为白噪声激励。结构发生破坏，其危险位置的应力的功率谱密度(PSD)可以用下面的关系式