基于频域法的随机振动载荷下飞机结构疲劳分析

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1、第44卷第1期2012年2月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsV01．44No．1Feb．2012基于频域法的随机振动载荷下飞机结构疲劳分析孟凡涛胡愉愉(中航工业西安飞机工业集团公司技术中心，西安，710089)摘要：钟对飞机结构疲劳特性，提出了基于频率域信息的随机裁荷历程——功率谱密度函数(Powerspectraldensity，PSD)估算结构振动疲劳的一种新的计算方法．首先对结构进行频率响应计算，得到结构的传递函数；将此传递函数与输入的

2、功率谱相来，获得结构的应力功率谱密度I再结合材料参数，选择合适的疲劳损伤模型。利用频域方法计算结构的疲劳强度．对某型飞机机翼，采用本文方法，应用有限元分析(Finiteelementanalysis。FEA)获得了应力响应功率谱密度函数，并对机翼在随机振动载荷下的强度特性进行了模拟与分析，给出了分析结果．关键词：功率谱密度；随机裁荷；振动疲劳；有限元分析中圈分类号：V224文献标识码：A文章编号：1005—2615(2012)01—0032—05AnalysisofAircraftStructuralFatigueUnderRand

3、omVibrationLoadingsBasedonInformationinFrequencyDomain．MengFanTao，HuYuyu(TechnologyCenter，ChinaAviationIndustryXi’anAircraftGroup，Xi’an，710089，China)Abstract：Anewcalculation，namedthepowerspectraldensity(PSD)，isproposedforestimatingstruc-turalvibrationfatigue．Themethodi

4、sbasedontheinformationofthefrequencydomainofrandomload—inghistory．Firstly，thetransferfunctionisobtainedbycalculatingthefrequencyresponseofthestruc．ture．Secondly，thetransferfunctionismultipledwiththeinputofthepowerspectrumtOobtainthepowerspectraldensityofthestressofthes

5、tructure，andcoupledwiththematerialparametersandtheappropriatedamagemodel．Thefatiguestrengthofthestructureiscaculatedthroughfrequency—domainmethod．Comparedwithsomecertainstandards，thestrengthofthewingisanalyzedonthestressre—sponsePSDfunctionbyfiniteelementanalysis(FEA)u

6、nderrandomvibrationloadings．Keywords：powerspectraldensity；randomloading；vibrationfatigue；finiteelementanalysis飞机结构设计中主要有两个方面的问题，一方面是以静强度为主，只要飞机满足静强度的安全要求，基本不涉及其动态疲劳，即振动疲劳；另一方面是考虑飞机在整个服役过程中，必将经受各种动载荷的影响，产生并承受严重的振动、冲击及噪声，由此引起结构损伤(疲劳裂纹、冲击损伤)，甚至导致事故的发生，对飞机安全构成威胁。在结构的疲劳可靠性分

7、析方法中，主要有基于统计计数的时域分析方法[1]和基于功率谱密度的频域分析方法r21。由于时域分析方法需要进行循环计数，数据处理量非常大，而频域方法计算简单，不需要循环计数，因此，采用功率谱密度法估算结构疲劳寿命的方法受到了广泛重视。频域分析方法根据系统的外部激扰，通过动态基金项目；工信部。新涡桨支线飞机前期研究项目(工联装[20091644)支持项目”资助项目．收稿日期：2011—04—06；修订日期：2011—06—28通讯作者：盂凡涛，男．高级工程师，1979年9月生．E—mail：mftsjsll2@yahoo．com．cn

8、．第1期盂凡涛，等：基于频域法的随机振动载荷下飞机结构疲劳分析仿真和有限元分析可求得结构细部的应力响应功率谱密度函数(Powerspectraldensity，PSD)，利用功率谱密度可以求得结构危险点位置的疲劳累积损伤和疲劳寿命。为