瞬态冲击载荷作用下舵板结构的疲劳寿命预测.pdf

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1、第39卷第6期舰船科学技术Vol.39,No.62017年6月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYJun.,2017瞬态冲击载荷作用下舵板结构的疲劳寿命预测李云翔(中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南郑州450015)摘要:通过开展材料性能试验与分析，获取材料的循环应力-应变曲线，采用不同方法对Manson-Coffin公式中的疲劳常数进行估算，对R≠–1的应变－寿命曲线进行修正。运用雨流计数法计算得到结构的载荷谱，采用Neuber近似解法求出舵板结构的局部应力应变。分别应用道林公式和兰德格拉夫公式2种方法计算结构的累计损伤效应，并对2种方法的计算结果进行对比分析。

2、提出采用应变能等效原则开展试件的疲劳寿命试验方法，试验结果与仿真计算结果较为近似。关键词：冲击；疲劳寿命；雨流计数；累计损伤；应变能中图分类号：TG113.25+5；TB122文献标识码：A文章编号：1672–7619(2017)06–0129–04doi：10.3404/j.issn.1672–7619.2017.06.026FatiguelifepredicationofrudderstructureundertransientshockloadLIYun-xiang(The713ResearchInstituteofCSIC,Zhengzhou450015,China)Abs

3、tract:Thecyclicstress-straincurveofacertainmaterialwasacquiredbymaterialpropertyexperimentandanalys-is.ThefatigueconstantsintheManson-Coffinequationwereestimatedwithvariesmethods,andthestrain-lifecurvewhileR≠–1wascorrected.Theloadspectrumonthestructurewascalculatedwithrain-flowcountingmethod,a

4、ndthelocalstress-strainontherudderstructurewascalculatedbyNeuberapproximateway.DowlingformulaandLandgrafformulawereusedseparatelytocalculatethestructuredamagecumulative,andtheresultswerecomparativelyanalysed.Atlast,thefatiguelifeexperimentmethodwasputforwardbasedonstrainenergyequivalentprincip

5、le.Theresearchshowsthatthecalculationdatacoincideswiththetestdatawell.Keywords:shock；fatiguelife；rain-flowcounting；damagecumulative；strainenergy0引言法，以断裂力学为基础研究裂纹的扩展寿命。而对于裂纹萌生占寿命主导地位的韧性材料，安全寿命设计舵板是某水下航行体的重要部件，当航行体以一方法更加适用。按照循环应力的大小和循环次数多少，定速度从发射管进入水中时，舵板在水流冲击作用下安全寿命方法包括名义应力方法和局部应力应变方法，快速张开，实现对航

6、行体姿态的可靠操控。舵板转动分别对应结构的应力疲劳分析和应变疲劳分析[1]。到位时与航行体本体剧烈碰撞，产生巨大的瞬态冲舵板结构寿命研究属于瞬态、大冲击下的疲劳寿击，导致舵板局部结构的峰值应力超过材料屈服强命预测问题。舵板每次冲击过程都会在结构中产生一度。由于航行体为重复使用装备，因此对舵板在瞬态冲击作用下的疲劳寿命开展研究具有重要意义。定的塑性变形，塑性变形积累到一定程度出现微裂纹疲劳寿命设计经历了无限寿命设计、安全寿命设损伤，损伤的累计效应将最终导致舵板失效。这与传计、损伤容限设计和耐久性设计等阶段。采用无限寿统的应变疲劳有一定相似性，但也存在差异：一是舵命设计方法要求将结构的

7、应力控制在较低水平，导致板碰撞使用次数在101~102之间，远远小于通常意义的材料的潜力不能得到充分发挥。损伤容限设计则是从“疲劳”寿命；二是传统的交变载荷一般可看作静载20世纪70年代发展起来的一种现代疲劳断裂控制方荷，并不考虑结构的动态特性和材料的冲击韧性，而收稿日期:2017–03–14作者简介:李云翔(1971–)，男，高级工程师，主要从事质量管理、机械设计、CAD/CAE和可靠性等研究工作。·130·舰船科学技术第39卷舵板碰撞时产生的应变率已达到101~1