【摘要】：梁是廣泛應(yīng)用航空航天與機(jī)械工程等領(lǐng)域的基本構(gòu)件。由于加工、制造或裝配等需要,經(jīng)常會(huì)在梁的表面位置開設(shè)缺口,使得缺口部位則成為應(yīng)力集中的重要位置。尤其是在振動(dòng)載荷的作用下,缺口位置則是裂紋萌生、擴(kuò)展甚至斷裂的關(guān)鍵部位。因此,深入研究缺口梁的裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè)方法對(duì)于提高動(dòng)力機(jī)械結(jié)構(gòu)的安全可靠性具有十分重要的意義。本文以V型缺口懸臂梁為對(duì)象,結(jié)合模態(tài)頻率和裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)結(jié)果,提出一種基于模態(tài)頻率的裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè)方法。本文完成的主要工作包括:1)搭建了懸臂梁模態(tài)頻率與裂紋擴(kuò)展測(cè)試試驗(yàn)系統(tǒng),設(shè)計(jì)了含V型缺口的梁試件。采用交替法,完成了不同裂紋參數(shù)條件下的力錘激勵(lì)模態(tài)頻率測(cè)試和裂紋擴(kuò)展測(cè)試。采用傅里葉變換,分析了缺口梁的模態(tài)頻率隨裂紋擴(kuò)展參數(shù)的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,揭示了模態(tài)頻率與裂紋擴(kuò)展之間的內(nèi)在聯(lián)系;討論了缺口位置應(yīng)力應(yīng)變隨裂紋擴(kuò)展的變化機(jī)制以及模態(tài)頻率變化與振動(dòng)循環(huán)次數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系;建立了V型缺口梁的振動(dòng)疲勞裂紋擴(kuò)展曲線。2)以實(shí)驗(yàn)測(cè)試采用的V型缺口梁為對(duì)象,基于ABAQUS軟件建立了懸臂梁的動(dòng)力學(xué)有限元模型。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)模型的合理性。在有效的有限元模型基礎(chǔ)上,計(jì)算了懸臂梁缺口位置的表面應(yīng)力幅值及裂紋尖端位置的應(yīng)力幅值,分析了懸臂梁的諧響應(yīng)。同時(shí),比較了有限元計(jì)算結(jié)果值和試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果值,為裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè)提供參考。3)利用裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度定義損傷,并以結(jié)構(gòu)的第一階模態(tài)頻率下降率為損傷指標(biāo),擬合出以頻率下降率為自變量、損傷為因變量的三次多項(xiàng)式�；谝烟岢龅膿p傷疲勞壽命指數(shù)模型,利用試驗(yàn)測(cè)得的壽命和定義的損傷,擬合出該指數(shù)模型的未知參數(shù)。結(jié)合指數(shù)損傷模型和擬合的損傷表達(dá)式,提出一種適用于懸臂梁的壽命預(yù)測(cè)模型。最后利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了損傷預(yù)測(cè)模型的合理性。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH113.1
【圖文】：

的幾何形狀及尺寸，圖 2-5 為試件夾緊后的實(shí)物圖。在夾具主面設(shè)計(jì)兩通孔，目的是將夾具固定在試驗(yàn)臺(tái)支撐架上。在夾具上端面設(shè)計(jì)兩通孔，目的是將試件夾緊在兩方塊之間，限制試件在液壓作動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生滑動(dòng)。由于裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)時(shí)，循環(huán)加載方向?yàn)樯舷麓怪边\(yùn)動(dòng)，所以壓塊對(duì)試件的橫向位移無額外限制，通過摩擦力來約束。夾具的材料為 45 鋼，其機(jī)械性能見表 2-4。圖 2-4 夾具壓塊的幾何尺寸

航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2 章 缺口梁的模態(tài)頻率與裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)表 2-4 45 鋼的機(jī)械性能性模量 E(GPa) 強(qiáng)度極限b(MPa) 屈服極限s(MPa) 材料密度 ρ(kg/m3) 泊松200 440 370 7.87×1030..2 傳感器的布置在梁的缺口位置正上方表面和梁高度中間位置的側(cè)面布置應(yīng)變片，如圖。應(yīng)變 1 旨在監(jiān)測(cè)裂紋擴(kuò)展時(shí)裂紋位置名義應(yīng)變的變化，應(yīng)變 2 旨在提紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的判據(jù)。在缺口梁的上表面安裝加速度傳感器，以監(jiān)測(cè)缺口度信號(hào)，為分析缺口梁的模態(tài)頻率提供信號(hào)。為了避免將加速度傳感器的振型節(jié)點(diǎn)上，試驗(yàn)前通過有限元仿真得到梁模態(tài)振型節(jié)點(diǎn)位置，故將感器安裝在距離懸臂端 250mm 處以避開節(jié)點(diǎn)位置。加速度傳感器的安圖 2-7 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2722261