薄壁结构在热声环境中随机疲劳寿命的估算

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1、第30卷第1期2013年2月沈阳航空航天大学学报JouITlalofShenyangAerospaceUniversityV01．30No．1Feb．2013文章编号：2095—1248(2013)0l一0015-05薄壁结构在热声环境中随机疲劳寿命的估算蒋娜娜，魏静，鲍冬冬，沙云东(沈阳航空航天大学航空航天工程学部，沈阳110136)摘要：高超飞行器在热声载荷作用下结构的疲劳破坏问题日益严峻，通过应用雨流计数法，基于Miner线性累积损伤理论估算结构的疲劳寿命。以四边简支的薄壁铝合金结构为模型，计算了在160dB声压级、不同温度时结构的非线性动态响

2、应，并且估算了相应载荷情况下结构的疲劳寿命。结果表明，在压级载荷不变情况下，随着温度的增加，结构的疲劳寿命呈现先降低再升高的趋势，并且在跳变时，疲劳寿命降至最低。关键词：热声疲劳；疲劳寿命；跳变响应；薄壁结构中图分类号：V214．4文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．2095—1248．2013．01．004Fatiguelifepredictionofthin-walledstructureunderthermo-acousticloadingsJIANGNa—na，WEIJing，BAODong—dong，SHAYun-dong(

3、FacultyofAerospaceEngineering，ShenyangAerospaceUniversity，Shenyang110136)Abstract：Thefatiguefailureproblemofhypersonicvehiclestructuresunderthermal—acousticloadingshasbecomeincreasinglyserious．ThispaperutilizestherainflowcyclecountingschemeandtheMineraccumu—lativedamagemodeltop

4、redictthefatiguelifeofthin—walledstructure．Takingthealuminumplatewithclampingastheobject，thispapercalculatesthenonlinearrandomresponseofthin—walledstructureatvari—OUScombinationsof160dBanddifferenttemperatures，andpredictstheappropriatefatiguelifeunderthecorrespondingloadingcond

5、itions．Resultsshowthatinthesamesoundpressurelevelloading，thefatiguelifereducesfirstandthengrowswiththeincreaseoftemperature，anditdropstothelowestwhenthestruc—tureenterssnap—throughregime．Keywords：thermo—acousticfatigue；fatiguelife；snap—through；thin—walledstructure高速飞行器面临复杂的工作载荷

6、，包括气动载荷、噪声载荷、温度载荷及机械载荷等。研究¨1表明复杂的载荷使航天器热防护系统(TPS)的局部表面温度可达3000下，局部系统的噪声声压级可达180dB。薄壁结构可以提高飞行器的性能，因而被广泛采用，但是在热声载荷环境下将表现大挠度非线性响应。热载荷使结构产生的热应力，以引发结构热屈曲，强声载荷可使机构大幅值振动，产生振动应力，以上两种应力的叠加，使得结构处于严峻的应力状态下，继而影响薄壁结构的疲劳寿命。世界范围内，90年代以后，因为有限元法可以分析复杂结构的响应，从而得到人们的重视。C．Mei【20将有限单元法拓展到同时施加热声载荷的各向

7、同性梁和矩形板结构。目前在国内，沈阳航空航天大学对热声载荷下薄壁结构的非线性随机响应进行了长期持续的研究，在载荷模型、加载方式、响应计算口'41和疲劳分析”1等方面均取得一定进展，初步建立了较系统的计算收稿日期：2012—12—01作者简介：蒋娜娜(1985一)，女，河北沧州人，硕士研究生，主要研究方向：飞行器动力学环境控制与控制技术研究，E—mail：82017050@qq．com；沙云东(1966一)，男。黑龙江阿城人，教授，主要研究方向：发动机强度、振动及噪声，E—mail：yd—sha2003@rip．sina．corn。16沈阳航空航天大学

8、学报第30卷分析方法。试验模拟研究存在各种实际困难，因此在飞行器研发阶段更广泛地运用数值方法来研究热声载荷环