發(fā)布時間：2017-08-13 15:29

  本文關(guān)鍵詞：多軸隨機振動頻域疲勞方法的研究與應(yīng)用

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【摘要】：本文基于臨界損傷平面法對多軸隨機振動疲勞在時域和頻域范圍內(nèi)進行了研究。結(jié)合應(yīng)力張量分量的協(xié)方差矩陣,采用最大方差法編制程序?qū)崿F(xiàn)疲勞薄弱點的臨界面位置的確定。并對用來表示臨界面位置的方向余弦向量的步長以及閾值對臨界面位置的影響進行了探索,發(fā)現(xiàn)步長越小越能得到比較精確的臨界面位置,但是太小又會嚴重影響計算效率,同時閾值太大,得到的最大方差值偏離實際值就會較大,進而影響臨界面位置的確定。通過對比分析,發(fā)現(xiàn)當方向余弦步長達到0.01,閾值選取1e-6時,即可搜索到比較準確的臨界面位置。根據(jù)確定好的臨界面位置,再結(jié)合多軸應(yīng)力等效準則,獲取等效應(yīng)力和等效應(yīng)力功率譜密度。引入懸臂梁模型,在四種工況條件下,分別在時域和頻域范圍內(nèi)討論了疲勞壽命的計算結(jié)果。在時域中,是根據(jù)臨界面法確定的等效應(yīng)力再結(jié)合材料的疲勞特性,經(jīng)過循環(huán)計數(shù)后,采用線性損傷累積的方法完成對疲勞壽命的估算。在頻域中,通過等效應(yīng)力功率譜密度確定頻域方法計算疲勞壽命所需的參數(shù)后,根據(jù)疲勞壽命計算公式完成對疲勞壽命的估算。本文一方面基于時域響應(yīng)的自譜密度和互譜密度,使用由二者構(gòu)造的應(yīng)力分量的功率譜密度函數(shù)矩陣以及只考慮自譜密度、忽略互譜密度構(gòu)造的應(yīng)力分量的功率譜密度函數(shù)矩陣完成多軸頻域疲勞壽命的計算,另一方面,使用了基于頻域激勵的隨機振動頻響分析法計算了多軸疲勞壽命,通過對時域法和三種頻域法得到的疲勞壽命的對比,發(fā)現(xiàn)互功率譜密度對結(jié)果的影響很小。因此可以在頻域范圍內(nèi),使用基于臨界面法的隨機振動頻響分析完成多軸疲勞壽命計算。本文還討論了帶寬對通過臨界面法在時域和頻域內(nèi)確定的疲勞壽命的影響,發(fā)現(xiàn)窄帶頻率激勵下,兩者的差異較大,但在寬帶頻率激勵下,兩者能夠有較好的吻合。本文還分別使用了單軸損傷累積與多軸頻域方法對內(nèi)燃機動力包框架結(jié)構(gòu)的振動疲勞強度進行了校驗,結(jié)果顯示這兩種方法都能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的疲勞壽命進行預測,但由于多軸加載過程中各種激勵之間的相互影響引起的應(yīng)力的非同相位非比例變化,導致了同一部位上前者得到的疲勞壽命總是要比后者小。
【關(guān)鍵詞】：臨界面 時域 頻域 等效應(yīng)力 等效應(yīng)力功率譜密度 疲勞壽命
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH113.1
【目錄】：

• 中文摘要6-7
• abstract7-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 問題的提出與研究意義12-13
• 1.2 問題的研究歷史與現(xiàn)狀13-21
• 1.2.1 頻域法的提出與發(fā)展15-17
• 1.2.2 多軸隨機應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)17-18
• 1.2.3 疲勞累積破壞理論18-19
• 1.2.4 多軸疲勞損傷準則19-21
• 1.3 本文研究內(nèi)容21-23
• 第2章 多軸隨機疲勞壽命頻域估算方法23-32
• 2.1 概述23
• 2.2 平穩(wěn)隨機過程功率譜密度函數(shù)23-25
• 2.2.1 自功率譜密度函數(shù)24
• 2.2.2 互功率譜密度函數(shù)24-25
• 2.3 等效應(yīng)力方法25-28
• 2.3.1 最大主應(yīng)力法25-26
• 2.3.2 最大剪切應(yīng)力法26-27
• 2.3.3 Von Mises等效應(yīng)力法27-28
• 2.4 能量法28
• 2.5 臨界損傷平面法28-31
• 2.5.1 確定臨界面位置29-30
• 2.5.2 等效應(yīng)力或應(yīng)變功率譜密度的計算30
• 2.5.3 頻域疲勞計算所需的參數(shù)30
• 2.5.4 疲勞壽命計算30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 激勵和響應(yīng)在時域與頻域之間的轉(zhuǎn)換32-41
• 3.1 傅里葉變換法32-34
• 3.2 三角級數(shù)法34-35
• 3.3 離散數(shù)據(jù)的采樣定理35
• 3.3.1 時域采樣35
• 3.3.2 頻域采樣35
• 3.4 功率譜密度的估計35-36
• 3.5 信號模擬算例36-38
• 3.6 時域響應(yīng)的獲取38-39
• 3.7 頻域響應(yīng)的獲取39-40
• 3.8 本章小結(jié)40-41
• 第4章 基于臨界面法的多軸隨機振動疲勞研究41-74
• 4.1 最大方差法確定臨界面位置41-47
• 4.1.1 臨界面位置的定義41-42
• 4.1.2 協(xié)方差矩陣42-43
• 4.1.3 臨界面位置算法實現(xiàn)流程43
• 4.1.4 方向余弦步長與閾值對臨界面位置的影響43-47
• 4.2 懸臂梁模型及加載工況簡介47-53
• 4.2.1 懸臂梁有限元模型47-48
• 4.2.2 懸臂梁的疲勞特性(S-N)曲線48-49
• 4.2.3 懸臂梁時域激勵和頻域激勵49-52
• 4.2.4 懸臂梁加載工況52-53
• 4.3 基于臨界面法的多軸時域疲勞壽命計算53-60
• 4.3.1 循環(huán)計數(shù)方法53-55
• 4.3.2 Goodman曲線修正55
• 4.3.3 懸臂梁時域疲勞壽命計算55-60
• 4.4 基于臨界面法的多軸頻域疲勞壽命計算60-68
• 4.4.1 基于時域響應(yīng)的多軸頻域疲勞壽命計算61-66
• 4.4.2 基于頻域激勵的多軸頻域疲勞壽命計算66-68
• 4.5 懸臂梁時域與頻域疲勞壽命計算結(jié)果對比68-71
• 4.5.1 等效應(yīng)力功率譜密度函數(shù)的對比68-70
• 4.5.2 疲勞壽命結(jié)果對比70-71
• 4.6 帶寬對多軸疲勞壽命估計的影響71-73
• 4.6.1 窄帶頻域載荷壽命計算71-72
• 4.6.2 寬帶頻域載荷壽命計算72-73
• 4.7 本章小結(jié)73-74
• 第5章 內(nèi)燃機動力包框架的疲勞壽命分析74-88
• 5.1 內(nèi)燃機動力包框架模型74-78
• 5.1.1 內(nèi)燃機動力包結(jié)構(gòu)簡介74
• 5.1.2 動力包有限元模型74-75
• 5.1.3 邊界條件75-77
• 5.1.4 材料的機械性能77-78
• 5.2 振動強度分析載荷78
• 5.3 振動疲勞強度要求78
• 5.4 動力包結(jié)構(gòu)的疲勞壽命分析78-87
• 5.4.1 單軸加載頻域損傷累積疲勞壽命78-85
• 5.4.2 多軸加載頻域疲勞壽命估算結(jié)果85-87
• 5.5 本章小結(jié)87-88
• 結(jié)論與展望88-89
• 致謝89-90
• 參考文獻90-94
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文94

【參考文獻】

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本文編號：668016