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1、第30卷第12期四川兵工学报2009年12月模糊数学在靶机机体寿命分析中的应用郭彪,董治华,刘亮(中国华阴兵器试验中心,陕西华阴714200)摘要:从机体结构、设计载荷、受载情况及载荷特点等方面分析了靶机机体特点.利用模糊数学的观点和二维模糊Miner方法对靶机疲劳寿命进行预测,并以某型靶机为例,估算其危险部位的疲劳寿命.关键词:靶机;疲劳寿命;模糊Miner法;隶属函数;模糊数学中图分类号:TB11文献标识码:A文章编号:1006-0707(2009)12-0052-03某型靶机的使用说明中靶机机体寿命为15个起落,这个值是经验性的,是按照以往生产的靶机
2、的实际飞行情况提出的,并不是用一种计算分析方法设计出来的,即不代表15次飞行以后,靶机机体一定到寿.1靶机机体寿命在飞机结构设计中,机体寿命是由疲劳寿命决定的,通常把飞机结构从开始使用到发生疲劳破坏所作用的循环载荷的次数或时间,称为疲劳寿命.机体寿命则是指为了保证飞机结构的安全,采用某种方法,确定出的一个较低的结构使用寿命.图1靶机任务剖面从结构疲劳寿命的全过程来看,飞机使用过程中所遇到靶机采用火箭助推发射,发射瞬间会产生一个沿着机的各种重复载荷都应是飞机的疲劳载荷,一般有以下几种:身纵轴的过载.在正常飞行中,盘旋机动有不足1.2的垂直1)突风重复载荷(
3、阵风载荷).由于飞机在飞行中遇到过载,盘旋是靶机用得最多的机动飞行.正常任务飞行中垂直方向突风引起攻角改变、升力发生变化,从而在结构很少出现最大过载,只有在强阵风出现时会产生一定的过上引起的重复载荷.载量,其过载增量与飞行的速度和阵风的速度成正比.2)机动重复载荷.飞机作各种机动飞行,特别是高过在靶机回收准备阶段(飞行高度为100m左右的超低载的机动操纵会引起飞机承受的气动、惯性载荷发生频繁空飞行),靶机会受到大气湍流的影响,这种湍流没有规律和剧烈变化.性、是随机的.所以在湍流中飞行,靶机与空气的相对速3)地一空一地循环载荷.这是指从代数值最小的载荷度、侧滑角和迎角都会
4、突然发生变化,使飞机上下、左右颠(一般发生在地面)上升到最大代数值载荷(空中)再回到簸,高度变化有时也很大.长时间的超低空飞行,对飞机寿最小载荷时的重复载荷.这种载荷在一次起落中只作用一命影响很大.次,是作用次数少但幅值较大的载荷.靶机伞降回收阶段,靶机在降落中受风的影响很大,4)着陆撞击载荷.起落架着陆撞击地面,导致结构的精确度较差,而且着地时过载很大.为了吸收靶机下降的动力响应,形成动态反复载荷.动能,降低其着陆冲击加速度峰值,靶机采用滑撬减震器5)其他载荷.气密座舱增压和整体油箱增压载荷;尾作为吸能元件,压缩减震器起到吸能的作用,使过载降低.翼抖振、操纵面运动、螺
5、旋桨引起的振动、发动机噪音以及热环境等产生的疲劳载荷.2Miner理论及模糊Miner法的建立某型靶机采用活塞式发动机,飞行速度为45~55m/s,2.1Miner理论及模糊Miner法的建立飞行高度为100~3000m(海拔),起飞质量为120kg,留空[2]Miner线性理论的基本假设:累积损伤只产生在时间1~2h.其任务剖面如图1所示.应力大于材料疲劳极限的范围内,小于材料疲劳极限的应收稿日期:2009-10-22作者简介:郭彪(1985),男,山西人,主要从事靶机及靶标勤务保障方面的研究.郭彪,等:模糊数学在靶机机体寿命分析中的应用53力不引起损
6、伤,具有无限寿命;当各循环应力所产生的比R=-1.*损伤分量之和为1时,试样发生破坏;试样达到破坏时当-N曲面是由给定应力均值m的试验数据获得的总损伤量是1个常数,且损伤与载荷的作用次序无关.的情况下,令2*222*通过分析假设可知,这种把产生损伤和不产生损伤(b-m)a+(b-m)mk=22(6)以1个疲劳极限为界过于绝对化,不符合实际情况.这是因b-m为:材料或构件的疲劳极限本身存在一定的模糊性;则Gerber型广义-N曲面方程为即使低于疲劳极限的应力对初始损伤影响不是很大,但对CN=m(7)k-0于裂纹扩展阶段的损伤也有一定的影响
7、.因此在疲劳极限以下,尤其是在疲劳极限附近的应力,对材料是否构成损将式(7)两端取对数,有伤呈现出模糊状态.因此引入模糊数学中度的概念来刻lgN=lgC-mlgk-0(8)画损伤.设某一应力谱在1个周期内,有L种应力水平i(i=1,2,,L),各级应力水平的作用次数为ni,其中有K级应力水平大于(或等于)疲劳极限,每种应力水平单独作用下的破坏循环数为Ni.有L-K级应力水平小于疲劳极限,每种应力水平对应的破坏循环数为N0,则Miner公式可表示为Kni=1(1)Nii=1模糊Miner法则考虑在某个接近疲劳极限的范围内
