02-疲劳载荷谱处理讲解

N(Ude)——超越Ude的平均次数/单位长度 p1，p2——出现非暴风紊流和暴风紊流的比例
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1 连续突风载荷 2º 飞机结构的响应
飞机对大气紊流的响应 任务剖面
相应的超越频率 ⎡ ⎛ ∆n ⎞ ⎛ ∆n ⎞⎤ ⎟ ⎜ ⎟ N (∆n) = N (0) ∆n ⎢ p1 exp⎜ ⎜ − A b ⎟ + 15 p2 exp⎜ − A b ⎟⎥ ⎢ ∆n 1 ⎠ ∆n 2 ⎠ ⎥ ⎝ ⎝ ⎣ ⎦
第2章 疲劳载荷谱
2.1.1离散突风载荷 2º 突风缓和因子
假定突风形状为： U=
U de 2 2π s ⎞ ⎛ 1 − cos ⎜ ⎟ 25c ⎠ ⎝
飞机在突风作用下动态平衡方程[3,5]：
1 1 U (t ) α 2 α M + ρVx SC y (t )V y = ρVx SC y (t ) dt 2 2 Vx dV y
离散突风模型 连续突风模型
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1 突风载荷
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1离散突风载荷
离散突风模型认为突风是一次一次独立地来到的。
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第2章 疲劳载荷谱
伪随机数
伪随机数(Pseudo-Random Number) 是按某种规律产生的 均匀分布的数的集合。试图用它模拟现实世界中的随机数。 定义： 取n个自然数m1，m2，……mn，其中1≤mi≤n(i∈n)， 且mi不重复，使其随机排列，则称n为该随机数列的周 期，即有mi＝mi+n。 产生伪随机数的方法有： (1) 物理方法：用机械的办法产生白噪声 (2) 查表法 (3) 数学方法：加同余法、乘同余法、混合同余法等
实测：
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.4 地面滑行载荷
地面滑行载荷的大小取决于跑道的平整度和起落架的 缓冲性能。
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.4 地面滑行载荷
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第2章 疲劳载荷谱
任务1
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第2章 疲劳载荷谱
任务2
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第2章 疲劳载荷谱
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1 突风载荷
突风(Gust)载荷或阵风载 荷是民用飞机疲劳损伤的主要 来源，但对军用飞机造成的疲 劳损伤不大。 突风是由大气紊流造成的， 目前已对大气紊流的分布作了 统计，用垂直折算突风速度Ude 描述。
可能包含：
I. 外挂物投放 J. 其它明显的重量变化 K. 任务半径 L. 不同于标准的其他跑道型式 M. 高用于和有助于确定典型任务的 任何其它补充资料
任务剖面例子
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任务剖面的表格形式
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突风谱
紊流均方根值 的概率分布
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2.1.2 机动载荷
机动过载是歼击机类战斗机的主要疲劳载荷，是由飞 行统计给出的。MIL-A-008866B给出的统计数据：
ny 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 0.5 0 -1.0 -2.0 -2.5 爬升 5000 90 1 巡航 10000 2500 400 1 下降 20000 5500 500 1 巡逻 15000 2200 500 1 空－地 特种武器 空－空 175000 70000 300000 100000 25000 150000 40000 7500 50000 10000 2000 13000 1500 250 2500 200 15 900 15 1 180 1 60 15 10000 44000 350 4000 7 350 1 8 1
S max + S min Sm = 2
S min R= S max
应力比R＝－1，对称循环疲劳载荷 应力比R＝０，脉动循环疲劳载荷
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2.3.2 程序块谱
程序块谱是对工程结构服役载荷谱的一种统计近似。 当整个寿命期内块谱的块数较少时，不同编排对疲劳寿命有较大的 影响； 通常，程序块谱采用低—高—低的方式编排； 对飞机结构，通常按任务剖面编排； 程序块谱可以用图或表格表达。
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.3 着陆撞击载荷
着陆撞击疲劳载荷取 决于飞机的下沉速度Vy和 飞机与起落架的弹性特性。 MIL-A-8866统计地飞机下 沉速度为(表）： 着陆下沉速度还与飞 机类型有关。
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第2章 疲劳载荷谱
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第2章 疲劳载荷谱
2.3.3 随机谱
随机谱是将实测和分析得到的载荷按结构服役过程中的 受载特点进行随机编排。目前已有多种随机编谱的方法，各 行业也有各自的做法。
¾ 伪随机数 ¾ 乘同余法 ¾ 随机谱编排
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.2 机动载荷
运输机的机动过载：
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.2 机动载荷
运输机的机动过载：
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1 连续突风载荷
连续突风模型基于功率谱密度技术，考虑所有波长的 突风对飞机的影响。
1º 大气紊流环境表达式
⎛ U de ⎞ ⎛ U de ⎞ ⎜ ⎟ N (U de ) = 20 p1 exp⎜ p 15 exp + − 2 ⎟ ⎜ − 5.3K ⎟ ⎜ 2.2 K ⎟ 1 ⎠ 2 ⎠ ⎝ ⎝
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.3 着陆撞击载荷
按起落架参数，组合下沉速度，求出无量纲的接地速度
′ = Vy U0
A2 g W1a
W1——一个减震支柱上部质量(kg) a——轮胎的力—挠度曲线线性化后的斜率(kg/m)
3 Ah ρ A= 2(Cd An ) 2 cosθ
任务3
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第2章 疲劳载荷谱
任务4
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第2章 疲劳载荷谱
任务5
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第2章 疲劳载荷谱
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第2章 疲劳载荷谱的处理
2.1 飞机疲劳载荷谱的组成 2.2 飞机疲劳载荷谱的编制思路 2.3 飞机疲劳载荷谱的种类
参考书目
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第2章 疲劳载荷谱
2.1 疲劳载荷谱的组成
飞机受到的疲劳载荷主要由下面五个部分组成： ¾ 突风载荷 ¾ 机动载荷 ¾ 着陆撞击载荷 ¾ 地面滑行载荷 ¾ 地—空—地循环
一般通过实地测量获得地面滑行载荷，在没有实测数 据时，可采用标准给出的数据，如:美国军用规范 MIL-A8866 重心处过载 1±0.0 1 ±0.1 1±0.2 1±0.3 1±0.4 1±0.5 1±0.6 1±0.7
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累积出现次数 494,000 194,000 29,000 2,000 94 4 0.155 0.005
2.3 疲劳载荷谱的种类
疲劳载荷谱按其形式可分为三类：
常幅疲劳载荷谱 变幅程序块谱 随机疲劳载荷谱
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第2章 疲劳载荷谱
2.3.1 常幅谱
常幅疲劳载荷谱通常用于材料的疲劳性能试验、方法研 究、结构疲劳性能的对比等。 描述一个常幅疲劳载荷谱需要下述五个参数中的二个： 最大应力Smax、最小应力Smin、应力幅值Sa、平均应力Sm、应 力比R S max − S min Sa = 2
飞机疲劳载荷谱编制的基本依据是飞机的任务剖面
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第2章 疲劳载荷谱
任务剖面
定义：任务剖面是一些任务段或事件的顺序表，这些任务 段或事件组成一个完整的任务。 任务剖面可以用图形或表格表示，通常包含下列变量：
必须包含：
A. 任务类型 B. 任务使用率 C. 外形布局 D. 空速 E. 高度 F. 总重 G. 时间 H. 着陆次数(含复飞触地)
Ah——减震器活塞液压面积 ρ——液体质量密度 Cd——油孔泄放系数 An——油孔净面积 θ——减震支柱轴线与垂线的夹角
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.3 着陆撞击载荷
′ 按无量纲接地速度 U 0
查出最大加速度 U 1′′
′ U 1′a ∆g = Ag
2.1.3 着陆撞击载荷
下沉速度出现的频率(/1000次) 下沉速度(ft/s) 教练机 所有其它类型飞机 130 180 1 290 190 2 260 220 3 190 155 4 5 125 78 70 26 6 37 8 7 17 1.5 8 8 1.0 9 2.6 1.0 10 1.4 0.5 11 0.9 12 13 0.6
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第2章 疲劳载荷谱
2.3.2 程序块谱
某飞机结构细节100飞行小时某飞行剖面飞行载荷谱 级 数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Smax (MPa) 76.5 74.0 80.5 109.0 104.0 148.4 127.5 117.0 80.0 Smin (MPa) 20.0 10.5 0.0 20.0 0.0 20.0 30.0 0.0 9.5 频率 f 520.6 106.0 19.0 3.5 11.0 0.1 0.8 1.6 8.0
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.5 地—空—地
地—空—地循环载荷是指一次飞行的空中最大载荷和 地面最小载荷所组成的大循环。 对于气密座舱来说也存在增压—卸压的大循环。
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第2章 疲劳载荷谱
2.2 疲劳载荷谱的编制思路
1. 只考虑y方向 2. 分地面和飞行 3. 由统计得出各类飞机的疲劳载荷谱（应力的大小， 次数多少，随机抽样）
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第2章 疲劳载荷谱
任务剖面的图形形式
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任务剖面例子
某飞机设计飞行寿命 ：4000小时 设计着陆次数： 4000次 飞机用途：85％空—空战斗，15％空—地战斗 主要任务：5种剖面 空战任务I 空战任务II 点截击任务 近距空中支援任务I 近距空中支援任务II

解此平衡方程得到突风缓和系数Kg：
Kg = 0.88U g 5.3 + U g 2W Ug = 为飞机质量比 α ρc SC y
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1离散突风载荷
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1º 过载的产生
平飞： Y = 突风：
1 2
ρV SC y = G
2
合成： n y = 1 + ∆n y
∆α ≈ U V
2 α ∆Y = 1 ρ V SC y ∆α 2
=1+
ρVUSC α y
2G
α =1 ρ VUSC y 2
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