机载设备随机振动疲劳寿命分析-曹立帅
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。
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相当水力直径进行计算？
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3.之前利用fluent计算敞水时舵的水动力，采用SST湍流模型，分别用有
边界层和无边界层进行计算，无边界层计算的升力、阻力比有边界层的 大10%左右，有边界层更接近实验值。不过失速角和变化趋势还是一致的
机载设备随机振动疲劳寿命分析-曹立帅
3σ的概率为0.27%。可以看出，随机变量超出3σ量级的可能性已很小，采用
3σ已可以满足工程要求。
由上可知，大于3σ的应力仅仅发生在0.27%的时间内，假定其不造成任何损
伤。在利用Miner线性累积损伤理论进行疲劳计算时，将应力处理成上述3个水平，
总体损伤的计算公式就可以写成：
D = n1σ + n2σ + n3σ
(4)
N1σ N2σ N3σ
n1σ ：等于或低于1σ水平的实际循环数目(0.6831)； n2σ ：等于或低于2σ水平的实际循环数目(0.271)； n3σ ：等于或低于3σ水平的实际循环数(0.0433)。
N1σ ， N2σ ， N3σ 分别为根据疲劳曲线计算求得的1σ、2σ和3σ应力水平对 应的许可循环的次数。 2.3 随机振动疲劳寿命分析流程
次对材料的损伤为 D/N1,经 n1 次循环作用后，σ1 对材料的总损伤为 n1D/N1,如此
类推，当各级应力对材料的损伤综合达到临界值 D 时，材料发生破坏。用公式表
示为
n1D + n2D + n3D +... = D
(1)
N1 N2 N3
推广到更普遍的情况，即有
∑∞ ni = 1
(2)
N i=1 i
约束：试验台的底面设为固定约束； 载荷：在 X、Y、Z 三个方向上分别施加功率谱密度。
图 4 功率谱密度曲线
3.3 疲劳寿命评估 通过对计算结果的分析，得到控制壳体上危险部位出现在耳片位置上，同时
分别得到该部位三个方向上 1σ、2σ和 3σ应力。
图 5 X 方向加载时耳片危险部位最大 1σ应力图
材料抗拉强度σb =490MPa
7
N3σ=5.44×10 。
随机振动疲劳寿命预测方法研究
随机振动疲劳寿命预测方法研究随机振动是在振动研究中一个重要的方面，它不仅可以模拟复杂的工程问题，而且可以用于预测疲劳寿命的预测。
本文将介绍随机振动疲劳寿命预测方法的原理、主要方法及其应用，并对研究进展进行概述。
一、随机振动疲劳寿命预测方法原理随机振动疲劳寿命预测是根据测试发生在机械结构中的振动情况，通过数值方法和实验方法来估算结构的寿命。
振动通常是实际的受力原因，从而导致结构的早期疲劳和衰减，从而影响结构的使用寿命。
随机振动是一种不可预测的振动，它可能来自外部的环境或加载，也可能来自机械结构自身的动态特性。
一般来说，随机振动可以分为低频和高频两种。
低频随机振动来自恶劣的环境或罕见的加载，而高频随机振动则来自结构自身的动态特性。
通过将随机振动信号分解，其中的各个分量构成随机振动疲劳寿命预测的基础。
二、主要方法（1）加速度空间灰色关联分析法加速度空间灰色关联分析法是一种基于加速度信号（能量空间模型）的灰色预测技术。
根据监测加速度信号的空间相关性，本方法可以有效地提取其中的振动特征，并预测结构疲劳寿命。
它是一种分步灰色预测法，采用灰色关联数据变换（GCDT）算法来实现信号的分类，提取足够的特征向量，再采用灰色预测技术来估算疲劳寿命。
（2）加速度时域参数方法加速度时域参数方法是一种基于加速度信号的动态参数分析方法。
根据监测加速度信号，研究者从时间和频率上提取相关参数，如“振幅”、“峰值”、“峰值因子”、“保守系数”等，从而得到疲劳寿命的预测值。
本方法采用的参数较多，预测结果更加准确，但是计算复杂，要求更高。
三、应用随机振动疲劳寿命预测方法主要应用于汽车的发动机和传动系统的预测，同时也应用于船舶柴油机、发电机组、齿轮箱及其他链条系统的疲劳寿命预测。
在发动机和传动系统中，汽车设计者要求通过对随机振动进行分析和综合，来估算设计寿命，以实现安全可靠的汽车使用。
因此，结合动态负荷分布、结构比重和疲劳材料强度计算，此类测试结果常用于分析汽车动力总成和传动系统的疲劳设计要求，以实现安全可靠的设计寿命。
离心通风机结构随机振动下的疲劳分析
Internal Combustion Engine&Parts0引言随着列车行驶速度不断的提升，对列车各部分的结构强度提出了更高的要求。
列车运行过程中产生振动的因素有：气流扰动、空气阻力以及轨道不平顺等[1]。
为了保证列车高速运行，通风机作为机车的关键构成部件，若不能保证通风机结构在冲击和振动等随机载荷作用下的疲劳性能，则会导致机车无法正常工作，甚至引起安全隐患，因此必须对通风机结构进行疲劳研究。
1随机载荷下的振动理论常用的随机振动疲劳分析方法有：基于统计计数的时域分析和基于功率谱密度的频域分析两种方法，由于频域法这种方法操作起来比较简单，因此使用的比较多一些。
在Miner线性累积损伤和高斯分布的基础上，Steinberg提出了三区间法，可对随机振动应力进行简化处理[2]。
国内学者对振动疲劳理论也进行了深入研究，姚起杭等将疲劳分为静态疲劳和振动疲劳两类进行研究，并在结构振动疲劳方面取得很多科研成果，姚卫星和王明珠提出了结构随机振动疲劳寿命估算的样本法[3]。
2随机振动疲劳计算方法随机振动分析是一种基于概率统计学的谱分析技术。
随机振动分析中功率谱密度（PSD）记录了激励和响应的均方根值同频率的关系，是一条功率谱密度———频率值的关系曲线[4]。
通风机在随机载荷作用下，采用ANSYS Workbench对通风机结构进行动态性能分析，得到在频域随机振动载荷激励下的应力和位移响应，再依据Miner累积损伤计算方法，得出疲劳分析结果。
3有限元数值仿真分析标准中规定了1类A级车体安装设备的ASD频谱，如图1所示。
通风机质量约为148kg，可选取f1=5Hz、f2= 150Hz的ASD频谱。
当质量小于500kg时，f1=5Hz，f2= 150Hz；当质量在500kg到1250kg之间时：f1=（1250/质量）×2Hz，f2=（1250/质量）×60Hz；当质量大于1250kg时，f1= 2Hz，f2=60Hz。
随机振动载荷下机械零部件疲劳寿命预测研究
随机振动载荷下机械零部件疲劳寿命预测研究
杜卫丹;顾昌铃;李修旋
【期刊名称】《机械与电子》
【年(卷),期】2024(42)6
【摘要】针对机械零部件疲劳寿命预测准度较低的问题,提出一种随机振动载荷下机械零部件疲劳寿命预测方法。
对随机振动载荷下机械零部件开展疲劳分析,根据机械零部件的应力/应变响应,获取一定范围内的机械零部件疲劳部位应力功率谱密度函数。
基于累计损伤理论和S-N曲线,进一步估算出随机振动载荷下机械零部件疲劳寿命,实现机械零部件寿命预测研究。
实验结果表明,该方法的应力功率谱密度与实际结果一致,在不同振幅及预压量下的机械零部件疲劳寿命预测结果均较为准确,验证了该方法的可靠性高。
【总页数】5页(P65-69)
【作者】杜卫丹;顾昌铃;李修旋
【作者单位】上海烟草机械有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH113.1
【相关文献】
1.随机振动载荷下大直径薄壁球形结构疲劳寿命分析
2.随机载荷循环作用下的机械结构疲劳寿命预测模型
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4.
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某机载雷达天馈伺系统结构疲劳寿命评估
某机载雷达天馈伺系统结构疲劳寿命评估杨志刚;房凯【摘要】机载雷达作为重要的航空电子设备,要求其结构在一定寿命周期内必须能够承受载机特有的随机振动环境,且不发生破坏.随机振动是造成机载雷达结构发生疲劳损坏的关键因素,如何找出结构的薄弱部位,并对薄弱部位进行疲劳寿命评估是在机载雷达研发阶段的重要工作.本文基于有限元法及Miner线性累积损伤理论系统阐述了进行结构疲劳寿命评估的理论依据及详细的工程实践方法,并对某机载雷达天馈伺系统结构进行了疲劳寿命评估.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2018(047)004【总页数】5页(P90-93,98)【关键词】机载雷达;天馈伺系统;疲劳寿命;累积损伤;有限元【作者】杨志刚;房凯【作者单位】南京电子技术研究所南京210039;中国人民解放军驻南京电子技术研究所军事代表室南京210039【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言机载雷达作为重要的航空电子设备，要求其结构能够承受载机平台特有的振动环境，并且在一定寿命周期内不发生结构破坏[1-2]。
随机振动是造成结构破坏的关键因素，也是振动工程领域研究的一个重点问题[3-5]。
随机振动对结构造成损坏的过程与机理相当复杂，最直接的方法是采用试验方法对结构进行验证，试验方法虽然直接有效，但不利于从开始的设计阶段就发现结构的薄弱环节，以及不能有效避免可能破坏的发生，且重复地修改设计-试验将使研发周期变得很长，高成本但效率低下。
有限元法作为现代飞速发展起来的一种工程分析方法，有效解决了此问题，我们不再需要重复修改设计与试验，可以通过有限元分析，事先知道我们想了解的信息，并对设计进行评估，而使研发变得更高效、低成本。
有限元法不但能给出整体的详细信息，还能给出局部的详细信息，如加速度、应力、应变响应等，目前，在工程领域较多地采用有限元法用于随机振动分析。
通过随机振动响应分析可找出结构的危险部位，再对结构危险部位进行疲劳分析，进而对整体的结构疲劳寿命进行评估[6-7]。
随机振动疲劳寿命预测方法研究
随机振动疲劳寿命预测方法研究随机振动疲劳寿命预测方法研究随机振动是指在一定时间内，不同时刻上所发生的振动信号之间存在差异性的振动。
由于许多机械结构都会遭受到不可预测的外界环境干扰，这些外界环境干扰的特性通常被抽象为随机振动。
因此，要准确地预测机械结构的寿命，就必须对其受到的随机振动进行有效的分析和预测。
随机振动分析中的疲劳寿命预测是一个重要的研究内容。
疲劳寿命是指机械结构在设计使用条件下，能够耐受的最大的疲劳应力循环次数或者疲劳应力循环时间。
疲劳寿命预测是指根据机械结构的设计参数和受到的振动信号，预测该机械结构的疲劳寿命。
疲劳寿命预测的方法主要包括：静态疲劳预测方法、静动态耦合疲劳预测方法、单峰值疲劳预测方法和随机振动疲劳预测方法。
由于随机振动疲劳预测方法能更好地反映实际环境，因此，随机振动疲劳预测方法也是最常用的疲劳预测方法之一。
随机振动疲劳寿命预测方法主要依赖于随机振动理论，该理论可以将随机振动过程分解为三个独立的过程：功率谱密度函数、相位移动函数和幅度变化函数。
功率谱密度函数描述了振动的能量分布情况；相位移动函数描述了振动的相位变化；而幅度变化函数则描述了振动的幅度变化。
随机振动疲劳寿命预测的基本原理是：将受到的振动信号转换为功率谱密度函数、相位移动函数和幅度变化函数，然后根据疲劳理论，以及功率谱密度函数、相位移动函数和幅度变化函数作为输入参数，计算出机械结构受到的疲劳应力和应变，从而确定其疲劳寿命。
随机振动疲劳寿命预测可以更加准确地反映机械结构实际的疲劳寿命，尤其是在受到非常复杂的随机振动时，其预测结果更为可靠。
然而，随机振动疲劳寿命预测的计算量较大，而且需要准确的功率谱密度函数、相位移动函数和幅度变化函数，因此，随机振动疲劳寿命预测的可靠性取决于这些函数的准确性。
随机振动疲劳寿命预测方法也可以改进，例如采用改进的功率谱密度函数，改进的相位移动函数，改进的幅度变化函数，以及改进的疲劳理论，以期提高疲劳寿命预测的准确性和可靠性。
机械结构的疲劳寿命预测与可靠性设计研究
机械结构的疲劳寿命预测与可靠性设计研究作者：曹名亮来源：《中国高新科技·上半月》2018年第02期摘要：在工程项目建设中，机械设备的可靠性在很大程度上取决于其性能的稳定性，而其性能的稳定性又取决于其机械结构的可靠性。
在机械结构的可靠性设计中，机械结构的疲劳损伤是一个关键性问题。
文章介绍了我国机械结构的疲劳寿命预测和可靠性设计的研究现状，并根据现状对疲劳可靠性设计的发展趋势进行了分析，最后对疲劳寿命预测和可靠性设计工作的未来发展进行了展望。
关键词：机械结构；疲劳寿命预测；可靠性设计文章编号：2096—4137（2018）03—055—03 DOI：10.13535/ki.10—1507/n.2018.03.19在这个快速发展的时代，社会的方方面面都离不开机械设备的支撑，比如船舶、飞机和汽车等现代化的交通工具无不深刻地影响着这个社会和人们的日常生活。
这些现代化设备中的一些关键性部件的疲劳寿命预测和可靠性设计问题一直是机械工程领域的专家和学者所关注的重点。
如何最大限度地保证疲劳寿命预测模型的准确性，如何提高机械机构的可靠性设计，对这些问题的研究从未中断。
1疲劳寿命预测分析与可靠性设计方法的研究现状机械结构的疲劳寿命预测与可靠性设计是现代设计方法的具体运用，而现代设计方法则一共包括三个方面的内容：可靠性设计、最优化技术、有限元分析。
其具体包括计算机辅助设计计算机辅助设计（Computer Aided Design）、优化设计（Optimal Design）、可靠性设计（Reliability Design）、有限元法（Finite Method）、工业艺术造型设计及反求工程设计（Reverse Engineering）。
通常，机械设备上的机械构件失效的原因都是机械结构的疲劳损伤。
在高速度发展的现代社会，机械设备的应用范围呈现出了大型化、高速度和高温度的趋势，这也对机械构件的耐受性提出了更大的挑战，需要机械设备上的构件能够承受更加严苛的环境。
航空发动机支架零件振动疲劳及结构优化
航空发动机支架零件振动疲劳及结构优化发布时间：2021-04-09T11:27:51.757Z 来源：《基层建设》2020年第29期作者：李牧宇张学良许金鹏曹博[导读] 摘要：目前，振动疲劳寿命分析方法主要有2种：基于PSD的频域法和基于统计计数的时域法。
空军航空大学初级飞行训练基地第四训练团辽宁锦州 121000摘要：目前，振动疲劳寿命分析方法主要有2种：基于PSD的频域法和基于统计计数的时域法。
时域法是一种传统分析方法，能得到比较准确的损伤估计结果，但需要采集长时间的数据信号才能准确描述一个随机振动过程，因此循环计数工作量大且效率极低。
基于PSD的频域法不需要循环计数且计算数据量小，因此被广泛应用于机载设备的振动疲劳分析。
本文针对某航空发动机维修过程中常见的机匣处电磁阀支架零件的疲劳失效问题，利用ANSYSWorkbench振动分析模块和n Code DesignLife中的频域法进行振动疲劳有限元仿真，根据分析结果对结构设计提出改进建议。
关键词：航空发动机；支架；振动；疲劳引言航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，是航空飞行的动力核心，其工作状态稳定与否直接影响着飞行安全系数。
经过百余年的发展，航空发动机已逐渐发展成为较为稳定可靠的产品，且依照航空飞行的不同动力需求，拥有涡轮喷气发动机、冲压式发动机等多种类型。
航空发动机虽然能够满足航空飞行需求，但仍旧存在小概率的安全隐患。
基于当前的航空飞行实践经验可知，在航空飞行中发动机整机振动故障时有发生，整机振动故障影响发动机工作，同时影响到整个航空飞行的各种附件、仪表等参数的准确性。
一旦发生发动机整机故障就需要进行维修、替换，大批量的发动机提前返场，不仅仅提升了飞机的造价标准，增加维修费用，更导致社会资源的浪费，因此做好对航空发动机振动故障的排查和控制至关重要。
1 Dirlik随机振动分析模型基于nCode DesignLife软件的振动疲劳计算主要包括Lalanne、Narrow Band、Steinberg和Dirlik等方法，均利用统计学参数确定循环次数。
机载天线阵面系统的随机振动响应与疲劳分析
———————————————收稿日期：2022-03-10机载天线阵面系统的 随机振动响应与疲劳分析张雨，董好志，任海林（中国电子科技集团 第三十八研究所，安徽 合肥 230088）摘要：基于随机振动频域理论和“3σ法则”，研究机载天线阵面系统在宽窄随机载荷谱作用下的约束模态和振动应力分布，进一步分析阵面系统的疲劳损伤和薄弱区域。
研究结果表明：单一方向激励不仅能激起结构在该方向的部分模态，同时能够激起结构其他方向的模态。
阵面系统中天线单元和框架、支撑板采用不同性能的铝合金材料，需要综合应力水平和材料参数，从疲劳角度评估结构强度。
在随机载荷作用下，低应力水平的框架、支撑板疲劳损伤较大，天线阵面系统的寿命取决于框架与支撑板。
关键词：机载天线阵面系统；约束模态；应力响应；疲劳寿命 中图分类号：TH123.3文献标志码：Adoi ：10.3969/j.issn.1006-0316.2022.08.003文章编号：1006-0316 (2022) 08-0012-06Random Vibration Response and Fatigue Life Analysis ofthe Airborne Antenna Array System ZHANG Yu ，DONG Haozhi ，REN Hailin( The 38th Research Institute of CETC, Hefei 230088, China )Abstract ：Based on random vibration frequency domain theory and “3σ” principle, this paper studies the constrained mode and vibration stress distribution of airborne antenna array system under wide and narrow random load spectrum. The fatigue damage and weak area of array system are further analyzed. The results show that single direction excitation can not only excite partial modes of the structure in this direction but also excite other modes of the structure. Aluminum alloy materials with different properties are used in antenna unit, frame and support plate of array system. The structural strength is evaluated from the perspective of fatigue by combining stress level and material parameters. Under random load, the fatigue damage of the frame and support plate is large at low stress level, and the frame and support plate determines the life of antenna array system. Key words ：airborne antenna array system ；constrained modal ；stress response ；fatigue life机载天线阵面系统以波导裂缝天线[1-2]为核心，采用框架吊挂的形式安装在飞机腹部指定吊挂点，其工作时力学环境恶劣，不仅承受飞机发动机组的振动载荷，同时承受飞机航线、高度变化以及空气动力现象如扰流、抖振等引起的振动载荷[3-4]。
随机振动条件下的橡胶衬套疲劳寿命预测
随机振动条件下的橡胶衬套疲劳寿命预测随机振动下橡胶衬套的疲劳寿命预测是一项重要的工作，常常用于预测橡胶衬套在工作过程中所承受的振动力，以及其使用寿命。
在预测过程中需要考虑多种因素，包括材料本身的特性，使用条件以及应力情况等。
首先，橡胶衬套是由弹性材料制成，能够很好地吸收振动力，使得机械设备在运行时不会受到影响。
然而，在长时间的使用中，橡胶衬套会因为高强度的振动力而出现疲劳损伤，导致整个机械设备的失效。
因此，疲劳寿命预测对于预防这种损坏非常重要。
其次，在预测过程中需要考虑使用条件。
不同的机械设备在运行时所承受的振动力是不同的，因此需要考虑使用条件对于橡胶衬套的影响。
例如，若机械设备在高温环境下运行，橡胶衬套的使用寿命将会受到极大的影响。
因此，在进行预测时需要考虑使用条件对于疲劳寿命的影响。
最后，预测过程中需要考虑材料的特性以及应力情况等因素。
橡胶衬套的材料并不是完美的，会受到应力的影响而出现疲劳损伤。
因此，预测过程中需要考虑材料的韧性、硬度、抗拉强度等特性，以及在使用过程中出现的拉伸、压缩等应力情况。
在预测过程中，常常采用疲劳试验，通过将橡胶衬套置于振动台上进行震动测试，以模拟实际使用过程中所承受的振动力。
通过试验得到的数据，可以进行数据分析，以便预测橡胶衬套的疲劳寿命。
除了疲劳试验外，还可以采用有限元分析方法进行预测。
通过将橡胶衬套的几何设计与施加的振动力传递进行模拟，得出衬套内部应力分布情况，以预测橡胶衬套的疲劳寿命。
总的来说，随机振动下橡胶衬套的疲劳寿命预测是一项复杂的工作，需要综合考虑多种因素。
通过疲劳试验或有限元分析等方式，可以得出预测结果，并为后续的维护和保养提供有力的基础。
为确保橡胶衬套的工作寿命，需要将预测得出的疲劳寿命与实际使用寿命进行比较。
比较过程中，需要考虑不同因素的影响，例如使用条件、应力情况、环境温度等。
将预测结果与实际情况进行对比，可以发现有些橡胶衬套的使用寿命可能比预测结果更短，而有些则可能比预测结果更长。
机载设备随机振动疲劳寿命仿真分析
机载设备随机振动疲劳寿命仿真分析曹立帅;付春艳;李焕【摘要】机载设备在使用过程中会承受严酷的随机振动载荷,需进行随机振动疲劳寿命的评估.以某机载设备液压驱动装置控制壳体为例,应用Miner线性累积损伤理论,结合三区间技术和有限元分析,给出了随机振动疲劳寿命分析方法并进行了计算,结果表明液压驱动装置控制壳体满足振动疲劳寿命设计要求.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】3页(P42-44)【关键词】随机振动;有限元分析;疲劳寿命【作者】曹立帅;付春艳;李焕【作者单位】航空工业庆安集团有限公司航空设备研究所,陕西西安 710077;航空工业庆安集团有限公司航空设备研究所,陕西西安 710077;航空工业庆安集团有限公司航空设备研究所,陕西西安 710077【正文语种】中文【中图分类】V245.1机载设备在飞机使用过程中各阶段均会承受严酷的随机振动载荷，为保证产品的高可靠性需进行随机振动载荷的仿真分析和振动寿命评估。
目前机载设备结构的振动疲劳寿命计算方法通常有两种：基于功率谱密度函数的频域分析法和基于统计计数的时域分析法。
与时域法相比，频域法不需要循环计数，具有方便快捷、计算数据量小等优点，故而在机械、航天、航空等领域得到了广泛应用。
频域分析法通过有限元分析可求得结构应力响应功率谱密度函数，利用功率谱密度可以求得结构危险位置的疲劳累积损伤和疲劳寿命。
本文结合随机振动理论、基于线性累积损伤理论和三区间技术的疲劳寿命频域分析法，对某液压驱动装置控制壳体进行了仿真计算，为机载设备的随机振动疲劳寿命评估提供了参考。
1 随机振动寿命计算理论1.1 Miner线性累积损伤理论根据线性累积损伤理论可知，材料各个应力下的疲劳损伤不受载荷顺序的影响，而是独立进行的，总损伤可以进行线性累加[1]。
设应力σ1作用n1次，该应力水平下材料达到破坏的总循环次数为N1，断裂时的损伤临界值为Da.依据该理论，为Da/N1为应力σ1每作用一次对材料的损伤，经n1次循环作用后，σ1对材料的总损伤为n1Da/N1，如此类推，当各级应力对材料的损伤综合达到临界值Da时，材料发生破坏。
随机振动载荷作用下航空液压管路疲劳寿命数值预估
随机振动载荷作用下航空液压管路疲劳寿命数值预估权凌霄;赵文俊;于辉;孙冰江【摘要】液压管路作为飞机液压传动系统的重要组成部分,是飞机安全飞行的重要保障.由于飞机飞行环境的复杂性,随机振动载荷下的疲劳分析是飞机液压管路动力学设计的重要手段.选取大型客机C919左侧机翼的一段典型液压管路作为研究对象,应用ABAQUS有限元软件进行随机振动响应分析,获取随机振动载荷下的应力响应功率谱密度函数,对液压管路在随机振动载荷下的强度特性进行分析,结合S-N 曲线对管路结构危险部位疲劳寿命进行预估,为航空液压管路的设计及优化提供了理论参考.%As an important part of aircraft hydraulic system,the hydraulic pipe is an important guarantee for the safe flight of the aircraft.Due to the complexity of the flight environment,the fatigue analysis under random vibration loading is an important means for the aircraft hydraulic pipe dynamic design.This study selects a typical hydraulic pipe of the domestic large passenger aircraft C919 left wing as the research object.The finite element software ABAQUS is used to analyze random vibration response,and the stress response power spectral density function under random vibration loading is obtained,and the strength characteristics of hydraulic pipe under the random vibration load is analyzed.We estimate the fatigue life of the dangerous parts of the structure by the S-N curve.The study provides a theoretical reference for the design and optimization of the aviation hydraulic pipeline.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】6页(P43-48)【关键词】有限元分析;随机振动;功率谱密度;疲劳寿命;液压管路【作者】权凌霄;赵文俊;于辉;孙冰江【作者单位】燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TH137;V515.5;V215.7引言国务院公布的《中国制造2025重点领域技术路线图》制定了“民用航空设备领域发展路线”，其中提到，我国未来十年，干线和支线客机的配套机载设备和系统，产值规模将达到8000亿元[1]。
动车组天线梁随机振动疲劳寿命评估
动车组天线梁随机振动疲劳寿命评估徐杰;肖守讷;阳光武【摘要】为对动车组天线梁的随机振动疲劳寿命进行评估,首先,建立天线梁及构架结构有限元模型,并对其分析得到天线梁的固有频率;然后,利用软件编程得到德国低干扰轨道不平顺自功率谱,再根据自功率谱得到各轮对间互功率谱;最后,在有限元分析软件中对各轮对进行激励加载,采用模态叠加法对天线梁进行随机振动疲劳寿命分析,得到结构疲劳寿命薄弱位置.%A finite element model of antenna beam and truck frame structure is set up to evaluate the random vibration fatigue life of bullet train antenna beam,the natural frequency of the antenna beam through model analysis is obtained.Then,the auto power spectrum of Germany low interference track spectrum is obtained by software programming,which is used to get the cross-power spectrum for each wheel.Finally,each wheel is incentive loaded in finite element analysis software,and the random vibration fatigue life of antenna beam is analyzed by using model superposition method.Thus,the weak position in antenna beam structure is detected.【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2017(020)006【总页数】5页(P57-61)【关键词】动车组;天线梁;振动疲劳;寿命评估【作者】徐杰;肖守讷;阳光武【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室,610031,成都;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,610031,成都;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,610031,成都【正文语种】中文【中图分类】U266.281Author′s address State Key Laboratory of Traction Power,Southwest Jiaotong University, 610031,Chengdu,China结构振动疲劳是指结构受到频率与自身固有频率相近的动态载荷作用所产生的破坏[1]。
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机载设备随机振动疲劳寿命分析
作者姓名：曹立帅，李刚，顾卫平 作者单位：庆安集团有限公司航空设备研究所 联系方式：029-84636527
机载设备随机振动疲劳寿命分析
1
曹立帅 ，李刚，顾卫平
(庆安集团有限公司航空设备研究所，陕西 西安 710077)
摘要：机载设备在使用过程中会面临恶劣的随机振动环境,容易出现振动疲 劳问题。本文应用Miner线性累积损伤理论和三区间技术，阐述了随机振动疲劳 寿命仿真分析方法，并以某机载设备控制壳体为例，得到宽带振动环境下与试验 结果相吻合的仿真结果，证明在研发过程中可运用此方法预测产品的随机振动疲 劳寿命并进行结构的改进优化。
次对材料的损伤为 D/N1,经 n1 次循环作用后，σ1 对材料的总损伤为 n1D/N1,如此
类推，当各级应力对材料的损伤综合达到临界值 D 时，材料发生破坏。用公式表
示为
n1D + n2D + n3D +... = D
(1)
N1 N2 N3
推广到更普遍的情况，即有
∑∞ ni = 1
Hale Waihona Puke (2)N i=1 i关键词：随机振动；三区间技术；疲劳寿命
Random Vibration Fatigue Life Analysis on Airborne Equipment Cao Lishuai1, Li Gang, Gu Weiping
(Aviation Equipment Institute，Qingan Group Co. Ltd, Xi’an 710077, Shaanxi Province, China)
3σ的概率为0.27%。可以看出，随机变量超出3σ量级的可能性已很小，采用
3σ已可以满足工程要求。
由上可知，大于3σ的应力仅仅发生在0.27%的时间内，假定其不造成任何损
伤。在利用Miner线性累积损伤理论进行疲劳计算时，将应力处理成上述3个水平，
总体损伤的计算公式就可以写成：
D = n1σ + n2σ + n3σ
式（3）中：x为瞬态随机变量；σ为均方根值(如加速度、应力和位移等)。
概率曲线见图1。由图1可知：瞬态随机变量落入-σ～σ之间的概率为68.3%，即
超出σ的概率为31.7%；瞬态随机变量落入-2σ～2σ之间的概率为95.4%，即超
出2σ的概率为4.6%；瞬态随机变量落入-3σ～3σ之间的概率为99.73%，即超出
1 前言
机载设备在飞机使用过程中各阶段均经历不同振动环境的考验，在研制过程 中为保证高可靠性要进行严酷的振动试验。机载设备随机振动仿真分析过程中， 对于复杂的模型，通常将计算模型合理简化，其他部件等效为集中质量，然后将 振动试验功率谱作为输入条件进行应力分析，最后根据线性累积损伤理论及三区 间技术进行结构的疲劳寿命计算。
2 线性疲劳累积损伤理论与随机振动
2.1 Miner 线性疲劳累积损伤理论
线性累积损伤理论认为，材料在各个应力下的疲劳损伤是独立进行的，并且
[1]
总损伤可以进行线性累加 。
应力作用σ1 作用 n1 次，该应力水平下材料达到破坏的总循环次数为 N1。设
D 为最终断裂时的损伤临界值，根据线性疲劳累加损伤理论，应力σ1 每作用一
心极限定理，若随机现象由众多随机因素引起，且每个因素在总的变化里不起显
著作用，就可认为描述该随机现象的随机变量近似服从Gaussian分布，一般各态
历经平稳随机过程服从Gaussian分布。均值为0的Gaussian分布概率密度可用式
(3)表示。
P(x) =
1
e−
x2 2σ 2
σ 2π
(3)
图 1 Gaussian 分布曲线
2.2 随机振动及三区间技术
当应力历程是随机过程时，疲劳计算相对比较复杂，Steinberg 提出了更加
[2]
简单的基于高斯分布和 Miner 线性累计损伤定律的三区间法 ，该技术假设瞬态
随机变量以σ，2σ和 3σ量级的发生概率分别为 68.3%，27.1%和 4.33%。
Gaussian分布又被称为正态分布，是一种常见的重要分布，依据概率论的中
(4)
N1σ N2σ N3σ
n1σ ：等于或低于1σ水平的实际循环数目(0.6831)； n2σ ：等于或低于2σ水平的实际循环数目(0.271)； n3σ ：等于或低于3σ水平的实际循环数(0.0433)。
N1σ ， N2σ ， N3σ 分别为根据疲劳曲线计算求得的1σ、2σ和3σ应力水平对 应的许可循环的次数。 2.3 随机振动疲劳寿命分析流程