工程结构的振动疲劳问题

作者：姚起杭，姚军

作者单位：姚起杭(西北工业大学，陕西西安，710072)，姚军(北京航空航天大学，北京，100083)

相似文献(1条)

1.期刊论文姚起杭.姚军.Yao Qihang.Yao Jun工程结构的振动疲劳问题-应用力学学报2006,23(1)

阐明了结构振动疲劳问题的概念和定义,并指出它的特点以及它与常规结构疲劳问题的区别,文中建议将疲劳问题分为结构静态疲劳和动态疲劳两类,对这两类问题统一按照静态疲劳方法进行处理,不但不符合实际问题本身的规律性,还可能造成分析和试验的较大误差.

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飞机结构疲劳强度与断裂分析

飞机结构疲劳强度与断裂分析院系：北方科技学院专业：自动化姓名：潘星宇学号：B04130219

一、疲劳的基本概念（一）、疲劳破坏的特征 1、在交变的工作应力远小于材料的强度极限，甚至比屈服极限还小的情况下，破坏就可以发生。 2、疲劳破坏是一个累积损伤的过程，要经过一定的时间历程在交变应力多次循环之后才突然发生。 3、疲劳破坏时没有明显的塑性变形。即使塑性较好的材料，破坏时也象脆性材料那样，只有很小的塑性变形。因此，疲劳破坏事前不易察觉。 4、疲劳破坏的断口有明显的特征，总是呈现两个不同的区域，一个是比较光滑的区域，叫做疲劳区，内有弧形线条，叫做疲劳线；另一个是比较糙的区域，叫做瞬时断裂区。此区域内没有疲劳线。（二）、疲劳破坏的原因疲劳破坏的原因内因：构件外形尺寸的突变或材料内部有缺陷外因：构件要承受有交变载荷（或交变应力）在交变应力长期作用下，在构件外形突变处，或材料有缺陷处出现应力集中，逐步形成了非常细微的裂纹（即疲劳源），在裂纹尖端产生严重的应力集中，促使裂纹逐渐扩展，构件截面不断削弱。当裂纹扩展到一定程度，在偶然的超载冲击下，构件就会沿削弱了的截面发生突然断裂。二、飞机结构承受的交变载荷（一）、飞机结构承受的疲劳载荷 1.机动载荷它是由于飞机在机动飞行中，过载的大小和方向不断改变而使飞机承受的气动交变载荷。机动载荷用飞机过载的大小和次数来表示。 2.突风载荷它是由于飞机在不稳定气流中飞行时，受到不同方向和不同强度的突风作用而使飞机承受的气动交变载荷。 3.地－空－地循环载荷飞机在地面停放或在地面滑行时，机翼在本身重量和设备重量作用下，承受向下的弯矩，但飞机离地起飞后，机翼在升力作用下，承受向上的弯矩。这种起落一次交变一次的载荷，称为地－空－地循环载荷。这是一种时间长、幅值大的载荷。 4.着陆撞击载荷它是由于飞机着陆接地后，起落架的弹性引起飞机颠簸加到飞机上的重复载荷。 5.地面滑行载荷它是由于飞机在地面滑行时因跑道不平引起颠簸，或由于刹车、转弯、牵引等地面操纵而加到飞机上的重复载荷。 6.座舱增压载荷这是由于座舱增压和卸压，而加给座舱周围构件的重复载荷。在以上几种疲劳载荷中，对歼击机影响最大的是机动载荷、着陆撞击载荷和地面滑行载荷。（二）、交变应力在上述交变载荷作用下，构件内部的应力也将是周期性变化的“交变应力”。当交变应力规则地变化时，可以用正弦波形表示应力随时间变化的情况。由图2可见，交变应力在两个极值之间作用周期性的变化。这两个极值中大的一个叫做“最大应力”，小的一个叫做“最小应力”。

利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析.

利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析 ANSYS随机振动分析功能可以获得结构随机振动响应过程的各种统计参数（如：均值、均方根和平均频率等），根据各种随机疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结构的随机疲劳寿命。本文介绍了ANSYS随机振动分析功能，以及利用该功能，按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法进行ANSYS随机疲劳计算的具体过程。１．随机疲劳现象普遍存在在工程应用中，汽车、飞行器、船舶以及其它各种机械或零部件，大多是在随机载荷作用下工作，当它们承受的应力水平较高，工作达到一定时间后，经常会突然发生随机疲劳破坏，往往造成灾难性的后果。因此，预测结构或零部件的随机疲劳寿命是非常有必要的。 2．ANSYS随机振动分析功能介绍 ANSYS随机振动分析功能十分强大，主要表现在以下方面： 1.具有位移、速度、加速度、力和压力等PSD类型； 2.能够考虑a阻尼、阻尼、恒定阻尼比和频率相关阻尼比；

3.能够定义基础和节点PSD激励； 4.能够考虑多个PSD激励之间的相关程度：共谱值、二次谱值、空间关系和波传播关系等； 5.能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据： 1σ 位移解，1σ速度解和1σ加速度解； 3．利用ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原理在工程界，疲劳计算广泛采用名义应力法，即以S-N 曲线为依据进行寿命估算的方法，可以直接得到总寿命。下面围绕该方法举例说明ANSYS随机疲劳分析的一般原理。当应力历程是随机过程时，疲劳计算相对比较复杂。但已经有许多种分析方法，这里仅介绍一种比较简单的方法，即Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法（应力区间如图1所示）：应力区间发生的时间 -1σ ~+1σ68.3%的时间 -2σ ~+2σ27.1%的时间

飞机结构故障形式及其危害毕业设计

目录第1章总论 1.1 历史回顾与认识 1.2 飞机结构故障形式及其危害 1.3 故障成因分析方法 1.4 故障治理方法 1.5 值得反思地问题第2章复合材料调节板前缘断裂故障分析及设计改进 2.1 引论 2.2 复合材料调节板前缘结构失效分析 2.3 调节板前缘结构设计改进 2.4 调节板前结构改进实施效果 2.5 经验教训第3章歼8飞机后减速板断裂故障治理 3.1 引论 3.2 减速板失效分析 3.3 后减速板结构设计改进 3.4 后减速板改进地实施效果

3.5 经验教训第4章歼8飞机第42框腐蚀损伤与综合治理 4.1 引论 4.2 第42框下半框腐蚀开裂失效分析 4.3 第42框下半框腐蚀故障修理 4.4 下半框补强修理、改进设计地效果 4.5 经验与教训第5章歼8飞机腹鳍结构故障分析与治理第6章歼8飞机后机身尾尖结构故障综合治理第7章准全尺寸疲劳试验翼身组合体翼根结构设计改进第8章平尾静力试验断裂失效与设计改进第9章歼8飞机机翼第2梁腐蚀失效分析与修理第10章歼8飞机机翼第1梁片耳片应力腐蚀控制第11章歼8飞机主起落架机轮半轴裂纹故障分析及处理第12章歼8飞机空速管断裂与前轮摆振故障治理

简介歼八类型飞机是上世纪70年代是由中国沈阳飞机研究所和沈阳飞机制造公司研制和生产地高空高速战斗机,属于第二代战斗机,也被称为世界上最后一种第二代战斗机.相继研制出歼8白天型,全天型,歼8Ⅱ.特别是在歼8白天型飞机基础上研制出了歼8Ⅱ型飞机,歼8Ⅱ型飞机适用于国土防空作战,歼8Ⅱ型飞机现成为中国国土防空地主战机型.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。歼-8地发展重点是武器系统、火控系统、机载电子设备和动力装置.为给大口径雷达天线提供空间,采用两侧进气方式,这也是该机与歼-8最大地外观区别.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。歼-8Ⅱ换装了两台涡喷-13A双转子发动机,单台推力6600千克.发动机推力地提高,可提高飞机地中低空机动性,也使起飞着陆性能得到改善；外挂增加至七个,可悬挂多种武器或副油箱,使飞机具有全天候拦截能力并兼有对地攻击能力,并装备了雷达制

客车骨架结构的随机振动疲劳分析

客车骨架结构的随机振动疲劳分析* 马瑞雪，王欣，张科峰（重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心，重庆401122）摘要：运用ANSYS对客车骨架进行随机振动分析，获得结构随机振动响应过程的各种统计参数。并利用随机振动得到的响应参数，按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法进行ANSYS随机疲劳计算的具体过程进行了介绍。关键词：ANSYS；随机振动；谱分析；疲劳寿命中图分类号：U492文献标识码：A文章编号：1006－4414（2011）01－0054－03 Random vibration fatigue analysis of bus frame Ma Rui－xue，Wang Xin，Zhang Ke－feng （National coach quality supervision and test center，Chongqing vehicle test＆research institute，Chongqing401122，China）Abstract：Using ANSYS software to analyze the random vibration of the bus frame，various statistical parameters of random vi-bration response are obtained．Using the parameters of random vibration，and according to Steinberg's based on Gaussian dis-tribution and three－interval method of Miner linear cumulative damage law，the calculation of the random fatigue life is in tro-duced in detail by using ANSYS． Key words：ANSYS；random vibration；spectrum analysis；fatigue life 1前言客车在行驶中，大多是在随机载荷作用下工作，当它们承受的应力水平较高江达到一定工作时间后，经常会突然发生随机疲劳破坏，往往造成灾难性的后果。因此，预测结构的随机疲劳寿命非常有必要。由于车辆的真实行使工况千变万化，实际工况的准确确定几乎是不可能的。目前只能根据统计典型工况来确定。笔者测试得到的数据为匀速工况的位移及时间历程数据，是一个连续的受多种因素影响的随机过程。对这类过程，目前做法是通过对某一段实际工况的测试结果进行加工后，用等效的试验载荷谱进行加载试验，以避免疲劳试验的周期过长和费用过多。 2随机载荷的处理获得路面谱的方法有很多种，笔者采用的是实际测量路面的数据。路面谱测量数据能够确切的描述路面不平度的基本形式和路面总体特征。由于客车的工作的范围比较广，随机激励也很复杂，GB7031－ 86根据路面不平度系数G q （n ）大小将路面分为A H共8级路面类型。本文测量的路面环境为客车匀速工况下行驶在C级路面上。根据测得的时间和位移数据如图1所示。通过Matlab中的FFT算法对每个数据段作离散傅里叶变换，取一个数据段变换结果幅值的平方，并除以NFFT作为功率谱密度函数的一次估计。将每次功率谱密度函数估计的对应数据累加起来并除以累加次数，最后得出功率谱密度函数的估计数值［1］。图1实测C级路面的路面不平度 3随机振动谱分析（PSD分析）行驶道路表面凹凸不平，使得行驶在上面的车辆产生垂直方向的位移变动，道路表面的凹凸不平是随机的，它对车辆产生随机激励。如果这种激励过大，将导致乘员感到不适，同时也导致结构产生疲劳破坏。 3．1随机振动谱分析的过程由于在谱分析中基础激励只能施加在模态分析中有约束的节点上，所以近似地在8个板簧支架节点加载相同的垂直方向路面谱。随机振动的分析结果主要包括节点6个自由度的1σ位移、速度、加速度以及单元的应力结果，如表1所示。这里的1σ响应值就是概率统计中正态分布下的均方根响应值，小于该均方根响应值的出现概率为68．27%。在时间历程后处理器中，经过 *收稿日期：2010－10－18 1985－）女。

弹塑性条件下的振动疲劳寿命估计

弹塑性条件下的振动疲劳寿命估计孙炜袁杰红陈循国防科技大学机电工程与自动化学院

弹塑性条件下的振动疲劳寿命估计The Vibration Fatigue Life Estimation under Elastic-plastic Condition 孙炜袁杰红陈循 (国防科技大学机电工程与自动化学院) 摘要：描述了当系统存在弹塑性应力应变时，工程中常用的几种疲劳寿命估计方法。这些方法都是在获得时域内的弹塑性应力应变基础上进行的。对于随机振动条件下载荷谱不易以时域形式表示的场合，这些方法难以实现。为了能在频域内估计疲劳寿命，本文提出了将塑性等效为阻尼来估计频域内的弹塑性应力应变的方法。再在此基础上利用MSC.Fatigue 中的振动疲劳模块估计疲劳寿命。关键词：有限元阻尼系数弹塑性疲劳 Abstract: This paper summarizes some fatigue life estimation methods in engineering, when elastic-plastic stress-strain exists in the system. These methods go in time domain. And it is difficult to apply them when the load can’t be expressed in time domain easily. To estimate fatigue life in frequency domain, this paper brings forward a method that plasticity is equivalent to damp to compute the elastic-plastic stress-strain in frequency domain. Then the fatigue life can be estimated by present vibration fatigue module in MSC.Fatigue. Key words: FEM, damp coefficient, elastic-plastic, fatigue 1 引言在作振动疲劳寿命估计时，如果仅仅是弹性动力学问题，其解决办法日臻完善。但对于弹塑性动力学问题，需要计算构件的弹塑性应力应变，然后再进行疲劳寿命估计。由于计算复杂，工程上还没有十分理想的方法。目前工程上常用的解决办法有：（1）利用弹塑性有限元进行分析这是一种最为直接的办法，即利用弹塑性有限元进行分析。该方法要求动载荷以时域信号表示，再将载荷以增量形式逐步施加到有限元模型上，通过弹塑性有限元计算获得系统的弹塑性应力应变响应。由于是非线性计算，计算量太大，目前在工程上只能针对比较简单的模型进行计算。在得到该应力应变响应之后，即可选择合适的疲劳理论估计疲劳寿命。（2）对弹性响应作近似修正这是一种在工程上常用的简便方法。该方法是和裂纹萌生疲劳理论联合使用的。先在时域内计算构件的弹性应力应变响应，然后用近似修正法，如Neuber方法，将弹性响应修正

谈谈飞机结构的疲劳与腐蚀

谈谈飞机结构的疲劳与腐蚀冷战结束后，由于东西方的军事对峙趋缓及全球性的经济不景气，各国的国防经费都遭到大幅度缩减，使大多数国家的军用飞机都需要延长使用年限，如此虽然可节省采购新机的花费，但老飞机结构上最令人头痛的疲劳与腐蚀，则是延长服役期限时必须严肃以对的课题。前言东西方冷战时期，西方国家军用飞机的设计使用年限通常是20年到30年，为了维持对苏联的军事优势，这些军用飞机在到达使用年限后都会予以退役，但自1991年苏联瓦解后，双方的军事对峙一夜之间骤然消失，维持军事优势已无必要性，加上本世纪初的全球性经济不景气，国防经费遭到大幅度删减，使得许多国家的军用飞机在到达使用年限后仍然得继续服役，部分机型的服役时间甚至高达50年以上。 B-52“同温层堡垒”（Stratofortress）轰炸机是冷战时期美国的核轰炸主力，最后一架B-52H于1962年出厂，原本预定在服役30年后的1992年退役，如今美国空军决定该机得继续服役到2040年，届时服役时间将逼近80岁，堪称是爷爷级的古董机。而于1961年进入美国空军服役的T-38“禽爪”（Talon）喷气教练机，原设计服役寿命为7,000飞行小时，但经过数次性能提升延长服役寿命后，在2013年时的实际飞行时数已达15,000飞行小时，等到预计的2026年退役时，实际飞行时数将达23,000小时，为原本设计值的3倍多。

T-38在1997~2001年的世纪之交更换了全新机翼，老机得以开新花延长飞机使用年限固然可以省下采购新飞机的经费，但伴随着飞机使用时间的增加，飞机结构的疲劳（fatigue）及腐蚀（corrosion）问题也会随之一一浮现。根据一份1997年发表的研究报告，从1954年到1995年这40年间，全球共约发生2,800次飞机失事，其中由于结构问题导致的有67件，原因及百分比为︰其它及设计不良各占10.4%、维修不良占7.5%、超负荷（overload）占28.4%、疲劳及腐蚀占百分之43.2%。结构问题中疲劳及腐蚀危害最烈，几乎占了一半，可见要维持老飞机的飞行安全，必须对结构疲劳及腐蚀有正确的认知及处置，而这也是目前各国空军现正面对的首要课题。结构疲劳破坏典型破断面

飞机结构疲劳寿命指标分析

飞机结构疲劳寿命指标分析 □西北工业大学李航航宋笔锋 □北京航空工程技术研究中心李京珊摘要：从现代飞机设计思想的发展演化和确定飞机结构疲劳寿命指标的重要性分析入手，研究分析了国外多种战斗机结构使用寿命问题，深入探讨了这些战斗机在确定机体结构寿命指标时的内在因素和实际方法，提出了确定飞机结构寿命指标的具体原则和研究结论。关键词：结构疲劳寿命指标早期设计的飞机并没有明确的寿命指标。到了20世纪50年代，人类历史上第一架喷气式旅客机英国"彗星"号在飞行中，接连发生爆炸坠海事故，一时引起世界震惊。经研究是飞机气密座舱因飞行高度变化，不断受到增压、减压循环作用，导致机身金属结构出现疲劳效应而断裂破坏所引起的。这说明，按照静强度、刚度设计的飞机，并不能保证其使用安全，飞机设计中必须考虑安全使用寿命问题。最初，解决这一问题的指导思想就是采用安全寿命设计。但是真正采用了安全寿命设计思想以后，还是不断有飞机出现事故。1969年，美国空军的一架F-111飞机机翼枢轴接头，在飞行训练中突然断裂，造成机毁人亡。当时飞机仅仅用了100多个飞行小时，远没有达到安全寿命使用期。此后，F-5A、KC-135、F-4等飞机接连发生类似事故。进一步证明了采用安全寿命思想设计的飞机并不能保证在安全期内的使用安全。随着结构分析、理论研究水平的不断提高，特别是断裂力学理论的应用与发展，人们开始提出了损伤容限设计思想，就是在飞机设计中采用安全寿命/损伤容限设计，以保证飞机在使用寿命周期内的使用安全。随着对飞机高性能、长寿命、高可靠性以及完整性要求的不断提高，飞机的研制成本和使用维护费用急剧增加。为此又提出了全寿命周期费用概念，并在飞机设计阶段就采取有效措施以降低飞机的全寿命周期费用。因此，在飞机设计和使用中采用了经济寿命概念，从而形成了耐久性设计思想。通过飞机设计思想的不断变化，不仅提高了飞机的使用安全性，大大降低了飞机的结构重量，同时也提高了飞机的使用经济性。特别是耐久性/损伤容限设计思想提高了飞机结构分析的精确性，降低了结构寿命的分散性，提高了飞机服役期间的安全性和可靠性，使得现代飞机的结构寿命指标得以大幅提高。一、飞机结构寿命指标研究的意义飞机机体结构寿命是衡量飞机平台设计技术水平和使用经济性的重要技术指标。结构重量系数低、飞行小时和使用年限长的飞机不仅服役时间长，出勤率高，而且具有更好的技术性能和使用经济性能。因此实现低结构重量系数、高飞行小时和长使用年限是飞机结构设计技术不断追求的技术目标。实现这一目标是要靠飞机的安全寿命/破损安全设计、安全寿命/损伤容限设计和耐久性/损伤容限设计等先进的飞机结构设计思想来保证的。过去，战斗机的安全寿命只有1000～2000飞行小时，20世纪70年代提高到了3000～4000飞行小时，80年代后期达到了6000～8000飞行小时。对于大型运输机、轰炸机，甚至达到了几万飞行小时。飞机的日历使用时间也从10年、15年、20年提

结构振动疲劳研究的总结报告

结构振动疲劳研究的总结报告南京航空航天大学振动工程研究所刘文光（一）研究现状疲劳作为结构失效的主要形式，它是指材料、零件和构件在交变载荷作用下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、并使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。早在19世纪中叶，随着蒸汽机的发明和铁路建设的发展，研究人员发现机车车轮结构在远小于其静强度极限载荷时发生交变应力破坏现象，由此提出并发展了不同于结构静强度破坏的结构疲劳破坏问题。由于工业、交通和国防技术的发展，结构疲劳失效问题遍布在航空、航天、能源、交通、建筑、化工等诸多领域，促使抗疲劳设计得到深入的发展和广泛的应用。另外，我们很容易发现在结构疲劳破坏问题中包含了一类重要的现象，那就是当交变载荷的频率与结构的某一阶（甚至某几阶）固有频率一致或比较接近时，结构将会发生共振，这时一定的激励将会产生更大的响应，使结构更加易于产生破坏。这类振动疲劳问题，说明结构的疲劳失效与结构的振动响应密切相关。为了揭示结构的疲劳失效与结构振动响应之间的内在规律，需要利用结构动力学的理论加以研究。在工程实际中，结构受到外部激励总会产生不同的振动响应，因此，绝大部分结构的疲劳失效都与振动有关，实际上可以归结为振动疲劳问题。振动疲劳的研究是科学技术发展的必然要求，同时也是结构疲劳失效理论与结构动力学理论相结合的必然结果。迄今为止，很少有人系统地研究过振动疲劳问题。有关文献中即使提到振动疲劳一词，不同的学者也给出了不同的定义。文献[1]作者认为“振动疲劳是结构所受动态交变载荷(如振动、冲击、噪声载荷等)的频率分布与结构固有频率分布具有交集或相接近，从而使结构产生共振所导致的疲劳破坏现象，也可以直接说成是结构受到重复载荷作用激起结构共振所导致的疲劳破坏。所以只有结构在共振带宽内或其附近受到激励导致的共振破坏才属于振动疲劳破坏，否则都属于静态疲劳问题。”文献[2]作者认为：“当振动频率与结构模态频率相当时，即可视为振动疲劳问题；如果频率远小于结构模态频率时(频率在几或十几)，就是普通疲劳问题；当振动频率远大于结构模态频率，以至于与声波频率相当时，即可视为声疲劳进行处理。”文献[3]作者在其博士论文中也提到振动疲劳一词，它指出振动疲劳与噪声和频率有关，但没有揭示振动疲劳的内在本质。上述每一种定义，它都指出了振动疲劳与结构的固有频率、交变载荷的变化频率有关。为了进一步明确振动疲劳的含义，本文将振动疲劳定义为：“振动疲劳是指结构的疲劳破坏与结构的振动响应（包括结构固有频率、交变载荷变化频率、振动幅值、振动相位和结构的振型等模态）密切相关的失效现象，其破坏机理与静态疲劳破坏一致，它包括低频振动疲劳、共振振动疲劳和高频振动疲劳。” 上世纪60年代，S.H.Crandall[4]首先提出了振动疲劳的定义，它指出：“振动疲劳是指振动载荷作用下产生的具有不可逆且累积性的结构损伤或破坏。”这一定义对传统的疲劳理论，它并没有带来显著的改变，也没有涉及振动疲劳现象的动力学本质。之后，国内外陆续有部分学者展开了一些相关方面的研究。例如，文献[6]作者将高频振动实验方法引入非金属类桩基材料的疲劳损伤力学研究领域，对花岗岩、C30混凝土等非金属材料进行高频振动疲劳试验，描述该类材料在稳定状态下的循环应力应变特性，通过实验研究载荷幅值与振动频率对材料特性的影响，研究平均载荷与振幅比值对材料疲劳曲线的影响；文献[7]作者研究了装备中的小口径管道的振动疲劳问题；文献[8]作者利用有限元法，基于功率谱密度函数，在频域内分析了随机振动载荷作用下的疲劳破坏；文献[9]作者对国内外几十年来形成的主要的振动疲劳分析方法进行了归纳整理，为飞机设计和维修提供振动疲劳的设计与分析技术支持文献。还有很多研究人员[10~15]分别从不同的角度研究了振动疲劳问题。

飞机结构疲劳强度与断裂发展现状与发展趋势

飞机结构疲劳强度与断裂发展现状与发展趋势领空权对于任何一个国家都是非常重要的,飞机的先进,是领空权的保证.飞机更是国家的国防的重要力量,提高飞机的性能更是每个军事大国追求的目标.飞机的结构抗疲劳强度与断裂强度是飞机性能的重要体现.通过这学期的学习,和老师耐心的讲解,我对我国飞机结构疲劳强度与断裂发展现状与发展趋势有了更进一步的了解. 疲劳强度是指飞机结果在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。实际上，飞机结构并不可能作无限多次交变载荷试验。断裂是指飞机结构被断错或发生裂开.讨论的主要是脆性断裂情况，其断裂面是看得见摸得着的。还有两类断裂的断裂面则是看得见却不一定摸得着的。许多飞机结果，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称循环应力）。在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后会产生裂纹或突然发生完全断裂。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在飞机结构失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。疲劳失效是金属材料常见的失效形式,特别是轴类,连杆,轴承类等零件,长期在应力下工作的工件材料都要求较高的疲劳强度,这样的可以提高零件的使用寿命。疲劳强度同时还与硬度、强度、韧性有较大关系，所以他是金属材料的重要力学性能指标航空工业作为技术密集、知识密集的高技术产业，集材料、机械、发动机、空气动力、电子、超密集加工、特种工艺等各种前沿技术之大成。目前，国际航空技术发达国家早已实施损伤容限耐久性规范，并成为国际适航性条例要求。然而，在飞机结构的三维损伤容限耐久性预测设计方面，由于研究队伍严重萎缩，国际上的实质性进展非常缓慢，三维损伤容限耐久性技术的发展停滞不前。与此同时，现代飞机大量使用三维整体结构，已有技术与需求的矛盾更加突出。这一现状的存在，使得国内外的设计者们在已有技术基础上不得不依靠更加实际、但耗资巨大的全机试验和各级全尺寸部件试验来检验飞机结构的损伤容限和耐久性，虚拟试验的科学基础欠缺。近年随着计算机容量逐渐满足三维断裂分析的需要，国际上三维试验和数值研究骤增，多尺度研究骤增，虚拟试验的概念形成并得以应用。有影响和代表水平的工作主要出自美国NASA以Newman为主的研究组、英国Sheffield大学Code公司及其研究组、法国宇航院(ONERA)、瑞典航空研究实验室(FOI，德文首字)研究组，荷兰国防动力研究实验室、澳大利亚国防科技组织(DSTO)等[5-8]。但是其损伤容限耐久性技术依据的理论基础仍然是二维疲劳断裂理论，未取得本质上的突破，考虑三维约束的疲劳寿命分析模型也都是建立在大量经验参数基础上的。近年，我国某飞机设计行业以及相关单位已成功实现全数字化设计、制造，一些重点型号工程在设计阶段就已全面实施损伤容限与耐久性规范，开展了大量全尺寸静力、疲劳/耐久性和损伤容限试验，建立起宝贵的经验和高素质的队伍以及组织管理体系。然而，基于试验来保证性能的经验设计方法存在明显的局限：全尺寸试验之前主要是经验估计，如各种安全系数法，对经验积累依赖严重，不利创新发展；试验或一定要设法满足设计要

飞机结构振动疲劳问题

飞机结构振动疲劳问题摘要：本文简要阐明了飞机结构的动态即噪声和振动疲劳问题，并介绍美国军用规范关于动态疲劳的规定，对我国开展飞机结构振动疲劳问题的研究提出看法和建议．关键词：飞机结构；动态疲劳；噪声；振动 1．飞机结构的疲劳与动态疲劳众所周知，飞机在使用中会受到由于滑跑、突风、机动、着陆撞击以及坐舱增压等所造成的重复载荷的作用。出于这些重复载荷的作用，飞机结构的一些部位特别是局部高应力区，如局部应力集中区，有缺陷区等部位就会产生由于交变应力引起的疲劳裂纹，交变应力的继续作用，使疲劳裂纹不断扩展而导致疲劳破坏。这就是通常所说的飞机结构的疲劳。应该指出，在地面操作以及空中飞行中，飞机上的某些部位还始终处在于噪声环境之中，如推进系统噪声源包括：喷气噪声、螺旋桨噪声等，空气动力噪声源包括：边界源噪声、空腔噪声。冲击波噪声、气流分离噪声等都对飞机结构产生噪声激励，而产生振动应力，靠近噪声源的结构，这种振动应力尤其严重。对于某些典型结构，如舵面、平尾、垂尾、腹鳍以及外挂架等由于受到扰流的作用而产生随机振动激励，引起随机振动动力响应；从而在这些结构上的一些部位产生疲劳裂纹。这种由噪声、振动的激励而导致结构产生的疲劳现象可称之为动态疲劳(D ynamic Fatigue)以区别于前面的由突风、机动载荷等引起的飞机结构的疲劳现象。根据以上所述，动态疲劳又可分成两个部分：—是噪声疲劳，二是振动疲劳。关于噪声疲劳问题，国内有关单位已经认识到其重要性，并从六五后期就开始投资研究，几年的研究已经取得进展，特别是军机结构声疲劳研究，如声疲劳试验技术研究、声疲劳计算方法研究及软件编制，歼x进气道声疲劳定寿研究都取得了一定成果，为今后进—步研究打下了坚实的基础。对于振动疲劳国内已服役的机种中，也已经出现了这种问题。如歼x飞机的腹鳍、方向舵在飞行了一时间（如200—300飞行小时)后，经常出现裂纹，经初步分析已经确认为是由于随机扰流作用引起的振动疲劳问题．国营一二四厂也发现某机导弹挂架由于振动而发生螺栓的疲劳断裂。另外，直升机的振动疲劳也是急待解决的问题。八五期间，振动疲劳强度的研究已列入“飞机动强度与动力环境研究”计划之内，并开始了初步研究。要搞好该研究，除现有成员团结协作以外，有关领导也应足够重视。在设备、经费等方面给以必要的支持是必不可少的． 2．美国军用规范关于动态疲劳的规定美国海军飞机对动态疲劳强度方面的要求，反映在如下的四个规范中： MIL-A-8866B (AS) MIL-A-8868C (AS) MIL-A-8868B (AS) MIL-A-8870 MIL-A-8866B有关气动噪声和振动(Acroacoustic and Vibration)一节中指出：在飞机使用期内，对消除由于振动、气动噪声和其它振动载荷引起的骨架结构或部件的疲劳裂纹形成或分层或任何其它疲劳破坏的要求与MIL-A-8870的规定—致。 MIL-A-8867C是关于地面试验的规定，其中动态疲劳试验的要求包括三项试验： 1)声疲劳构件试验； 2)尾翼动态度劳试验； 3)动态疲劳构件发展试验。关于后两项的规定指出：除了对机动载荷的疲劳试验以外，在大纲中应尽早地在尾翼上进行

飞行器结构疲劳强度与断裂分析综述.

飞机结构疲劳强度与断裂分析的现状和未来的发展学院：经济管理学院班级：940802020 学号：2009040802050 姓名：冉超飞机结构疲劳强度与断裂分析的现状和未来的发展疲劳强度是指飞机结果在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。实际上，飞机结构并不可能作无限多次交变载荷试验。断裂是指飞机结构被断错或发生裂开. 讨论的主要是脆性断裂情况，其断裂面是看得见摸得着的。还有两类断裂的断裂面则是看得见却不一定摸得着的。许多飞机结果，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称循环应力）。在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后会产生裂纹或突然发生完全断裂。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在飞机结构失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。疲劳失效是金属材料常见的失效形式, 特别是轴类, 连杆, 轴承类等零件, 长期在应力下工作的工件材料都要求较高的疲劳强度, 这样的可以提高零件的使用寿命。疲劳强度同时还与硬度、强度、韧性有较大关系，所以他是金属材料的重要力学性能指标

疲劳强度是材料能够承受无数次应力循环时的最大应力。疲劳强度关系到零件的寿命以及零件工作时能够承受的最大应力，这对零件的安全设计有重大意义。例如:在齿轮设计中，当接触疲劳强度不满足要求时，假定不再更换材料的前提下，可以用如下方法进行弥补： 1、增加齿轮的齿宽（增加轮齿的接触面积） 2、轮齿进行高频淬火（或中频淬火）、渗碳、渗氮（提高轮齿的表面硬度） 3、磨齿（降低齿轮运行中因为接触强度不足而致使齿面发生胶合、斑蚀的危险性能）希望以上能对你有所帮助，谢谢航空工业作为技术密集、知识密集的高技术产业，集材料、机械、发动机、空气动力、电子、超密集加工、特种工艺等各种前沿技术之大成。目前，国际航空技术发达国家早已实施损伤容限耐久性规范，并成为国际适航性条例要求。然而，在飞机结构的三维损伤容限耐久性预测设计方面，由于研究队伍严重萎缩，国际上的实质性进展非常缓慢，三维损伤容限耐久性技术的发展停滞不前。与此同时，现代飞机大量使用三维整体结构，已有技术与需求的矛盾更加突出。这一现状的存在，使得国内外的设计者们在已有技术基础上不得不依靠更加实际、但耗资巨大的全机试验和各级全尺寸部件试验来检验飞机结构的损伤容限和耐久性，虚拟试验的科学基础欠缺。近年随着计算机容量逐渐满足三维断裂分析的需要，国际上三维试验和数值研究骤增，多尺度研究骤增，虚拟试验的概念形成并得以应用。有影响和代表水平的工作主要出自美国NASA 以Newman 为主的研究组、英国Sheffield 大学nCode 公司及其研究组、法国宇航院(ONERA、瑞典航空研究实验室(FOI，德文首字Blom 研究组，荷兰国防动力研究实验室、澳大利亚国防科技组织(DSTO等[5-8]。但是其损伤容限耐久性技术依据的理论基础仍然是二维疲劳断裂理论，未取得本质上的突破，考虑三维约束的疲劳寿命分析模型也都是建立在大量经验参数基础上

飞机结构疲劳与断裂分析发展综述

飞机结构疲劳与断裂分析发展综述领空权对于任何一个国家都是非常重要的,飞机的先进,是领空权的保证.飞机更是国家的国防的重要力量,提高飞机的性能更是每个军事大国追求的目标.飞机的结构抗疲劳强度与断裂强度是飞机性能的重要体现.通过这学期的学习,和老师耐心的讲解,我对我国飞机结构疲劳强度与断裂发展现状与发展趋势有了更进一步的了解. 疲劳强度是指飞机结果在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。实际上，飞机结构并不可能作无限多次交变载荷试验。断裂是指飞机结构被断错或发生裂开.讨论的主要是脆性断裂情况，其断裂面是看得见摸得着的。还有两类断裂的断裂面则是看得见却不一定摸得着的。飞机结构在实际使用中，要不断承受交变载荷的作用。但是，早期设计给及只是从静强度上考虑，只要通过计算和试验证明飞机结构能够承受得住设计载荷（实际使用中所出现的最大载荷乘以安全系数），就认为飞机结构具有足够的强度。由于飞机结构承受交变载荷的作用，某些构建常常出现疲劳性能也较好。因此，飞机结构的疲劳问题并不突出，疲劳强度问题没有引起足够的重视。直到50年代前期，世界各国的飞机强度规范中对疲劳强度都还没有具体要求，不要求进行全尺寸结构疲劳试验。但是，随着航空事业的不断发展，飞机

的性能不断提高，适用寿命延长，新结构、新材料不断出现，飞机结构在使用中疲劳破坏与安全可靠之间的矛盾逐渐显露出来了。断裂是指飞机结构被断错或发生裂开.讨论的主要是脆性断裂情况，其断裂面是看得见摸得着的。还有两类断裂的断裂面则是看得见却不一定摸得着的。许多飞机结果，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称循环应力）。在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后会产生裂纹或突然发生完全断裂。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在飞机结构失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。疲劳失效是金属材料常见的失效形式,特别是轴类,连杆,轴承类等零件,长期在应力下工作的工件材料都要求较高的疲劳强度,这样的可以提高零件的使用寿命。疲劳强度同时还与硬度、强度、韧性有较大关系，所以他是金属材料的重要力学性能指标。疲劳强度是材料能够承受无数次应力循环时的最大应力。疲劳强度关系到零件的寿命以及零件工作时能够承受的最大应力，这对零件的安全设计有重大意义。

飞机结构耐久性和损伤容限设计

飞机结构耐久性和损伤容限设计【摘要】飞机结构设计质量的高低直接决定其耐久性与损伤容限特性的优劣。耐久性设计和损伤容限设计互相补充，共同保障飞机结构的安全性、可靠性和经济性，是保证飞机结构完整性的重要手段。本文对飞机结构设计思想的发展，损伤容限的设计原理和设计要素进行了归纳阐述。【关键词】飞机结构设计；耐久性；损伤容限 1、飞机结构设计思想的发展飞机设计思想的发展来源于飞机的使用实践和科学技术的不断进步。飞机设计思想的演变，对军用飞机，主要取决于飞行和战斗性能、生存能力以及经济成本等。对民用飞机特别重要的是安全性和经济性。二次大战后的几十年来航空运输市场迅猛发展，飞机的性能迅速提高，对飞机的安全性和经济性提出了越来越高的要求，同时，断裂力学等相关学科逐步发展成熟，促使飞机结构设计思想发生了深刻的变化。几十年来，飞机设计思想经历了从静强度设计、疲劳（安全寿命）设计、安全寿命/破损安全设计、安全寿命/损伤容限设计，到耐久性/损伤容限设计等多次的演变。 2、耐久性和损伤容限设计概论结构耐久性是结构的一种基本品质，它代表飞机结构在规定的使用期内，结构抵抗疲劳开裂、腐蚀（包括应力腐蚀）和意外损伤引起开裂的能力。在规定的使用期内，不允许出现功能损伤（刚度降低、操纵效率下降、座舱减压、油箱漏油等）。耐久性设计目标是经济寿命，而不是安全寿命，也就是说具有耐久性设计的飞机在整个服役期内，能有效的使用、随时处于良好状态，不需附加的维护和操作费用。损伤容限设计承认飞机结构在使用前就带有初始缺陷，在使用过程中，在重复载荷作用下不断扩展，但必须把这些缺陷或损伤的增长控制在一定的范围内，在规定的检查期内，结构应满足规定的剩余强度要求，以保证飞机结构的安全性和可靠性。利用安全寿命给出飞机的使用寿命，或通过耐久性设计和试验保证飞机结构的经济修理极限和经济寿命满足设计使用寿命要求，用损伤容限设计来保证飞机结构的安全。目前飞机设计主要是采用这个设计思想。 3、损伤容限设计原理 3.1损伤容限工程（1）损伤容限是在“安全寿命”和“破损—安全”之后发展起来的一项工程技术。它是以断裂力学为基础，以保证结构安全为目标，以损伤检查为手段。涉及结构设计、载荷、强度、材料、工艺、试验质量控制、使用维修和组织管理各环节的系统工程。在各环节中的重要改变对传统理论和方法是一个巨大的冲击和革新。

简论飞机结构的疲劳强度参考模板

简论飞机结构的疲劳强度航空宇航工程学院 7403102 吕佳冀 200704031059

简论飞机结构的疲劳强度飞机结构在实际使用中，要不断承受交变载荷的作用，但是，早起设计飞机只从静强度上考虑，只要通过计算和试验证明飞机结构能承受得住设计载荷（实际使用中所出现的最大载荷乘以安全系数），就认为飞机结构具有足够的强度，由于飞机结构承受交变载荷的作用，某些构件常常出现疲劳破坏，产生疲劳裂纹。早期设计的飞机，应力水平不高，强度储备较大，所用材料抗疲劳性能也较好。因此，飞机结构的疲劳问题并不是很突出，疲劳强度问题没有引起足够的重视。直到50年代前期，世界各国的飞机强度规范中对疲劳强度都还没有具体的要求，不要求进行全尺寸结构疲劳试验。但是，随着航空事业的不断发展，非机动性能不断提高，使用寿命延长，新结构，新材料不断出现，飞机结构在使用中疲劳破坏与安全可靠之间的矛盾逐渐暴露出来了。例如，1954年英国喷气式客机“彗星”连续两次在航线图上因气密客舱疲劳破坏坠毁失事；又如，1979年，美国道格拉斯公司的DC-10因为发动机短舱发生疲劳破坏，在飞行中突然甩掉而造成机毁人亡的惨重事故。根据我国的统计，飞机在使用时发生的强度问题中，有80%以上都是因疲劳破坏引起的。因此研究飞机结构的疲劳强度问题具有非常重要的实际意义。构件在交变载荷作用下，即使应力水平较低，处在弹性范围内，经过若干次载荷循环后，也会发生断裂。在交变载荷作用下发生的断裂叫疲劳断裂。

在飞机结构维修中，掌握疲劳裂纹的断口特征是判定裂纹性质，寻找产生裂纹原因及制定飞机结构合理维修方案的重要依据。疲劳破坏的断口分析一般包括宏观分析和微观分析，前者是指用肉眼或低倍放大镜分析断口。后者则指使用光学显微镜或电子显微镜研究断口。断口分析的宏观和微观两个方面构成了断口分析不可分割的整体，这是两个互相补充的，不能互相代替的各有其重要作用的两类断口分析。宏观断口分析是最常用的断口分析，它常常是重要的全局性初步断口分析。但较粗浅的肉眼或低倍放大镜下观察，无法做深入仔细的观察分析，以至有时无法做出确切的判断，甚至得出错误的结论，这就需要断口的围观分析。微观断口分析要有专门的仪器设备，准备工作量大，而一次观察的区域很小，常常需要在宏观分析的基础上再选定合适的部位取样进行微观分析。在飞机结构静强度问题中，有时候要处理复合应力状态下的静强度问题，例如，机身上部的蒙皮除受到环向和轴向的拉应力外，还会受到由于受扭和受剪引起的剪应力作用。同样，机翼由于受弯和受扭，蒙皮也会有正应力和剪应力存在，在静强度理论中，把这种情况称为“复合应力状态”。复合应力状态分为“二向应力状态”和“三向应力状态”。所谓三向应力状态是指受力点处的三个互相垂直方向的主应力（与主应力方向垂直面上的剪应力为零）均不为零。若其中某一方向上的主应力为零，就是二向应力状态。影响疲劳强度的一些因素：

电池组随机振动疲劳分析

电池组随机振动疲劳分析本例展示基于功率谱密度曲线（PSD）的电池组疲劳分析，即针对随机振动的疲劳寿命分析。 1 问题设定一块电池组，尺寸为70mm x 175mm x 400mm。该电池组的两端共有6个端点，分别受到垂直于电池组平面的激励作用，且激励的加速度功率谱密度曲线（ASD）相同。由于在随机振动基于线性动力学原理，因此电池，PC材料等采用实体建模，其他钣金采用壳单元建模，设定相关的fastener点焊单元，coupling耦合单元和tie约束，建立零件和零件之间相应的连接关系。

两端所对应的PSD谱线如下图。请注意该曲线的频率截断在200Hz处。本案例用到的附件包括： battery_SSD.cae 提取前10阶固有模态和扫频分析 plate.psd PSD曲线 2 分析过程一般来说，针对随机振动的疲劳分析包含两大步。第一步是在Abaqus中完成固有模态和扫频两个计算；第二步是把这两个计算结果与PSD曲线一起输入fe-safe，运行若干设置后完成疲劳分析，得到相关结果。 2.1 有限元计算需要强调的是，在有限元计算部分，不采用随机振动分析方法，而是采用模态提取和扫频方法。

2.1.1 固有模态分析附件中的battery_SSD.cae第一个step分析步是用于提取固有模态的Abaqus计算文件。其中的关键设置如下： a) 两端固定 b) 提取1~200HZ内的固有模态 c) 指定位移U和应力S作为场输出变量 2.1.2 扫频分析第二个step分析步是用于扫频分析的Abaqus计算文件。由于PSD曲线上的最高频率是200Hz，故而扫频分析的最大频率也截断在200Hz。同时，设定各阶频率对应的阻尼均为2%。定义单位加速度的base motion激励载荷，用于扫频分析：在输出设定上，对两个扫频分析Step，设定对广义位移GU和GPU的历程输出。