基于动力学优化的航空管道DFR疲劳寿命分析.pdf

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1、机械设计与制造第6期4MachineryDesign&Manufacture2012年6月文章编号：11301—3997(2012)06—0004—02基于动力学优化的航空管道DFR疲劳寿命分析}FEMwithnaturefrequencyobjectivefunction，thesustainmentpositiondesignvariable．Andanoptimal{lpositionofsustainmentWClSachieved．BasedontheDFRmethod，combined

2、theoptimalresultsforoptimall；e口alued，cress。ed￡hateimpac￡ofs￡airlzepnismoresignifwanfonnatumfre一{lence￡heoptimalp。Was；DFRfatiguel／feanalysisbased。舭dynamicoptimizationprovidesgnid—l；‘onceforsaferunningofthepipeline．ThereforeitCOIl,meettherequirement．{t，

3、l弓l言指导和设计提供理论依据。由于航空管道不存在由流速引起的稳飞行器管路系统主要用于液压、燃油、滑油和空气等介质的定性问题一般可不计人流速的影响，故分析未考虑流体的影响。传送，飞行器工作中，管路系统会受到各种形式的周期性激励，当2管道支撑位置优化分析从而导致飞机失事大致占到飞机失事原因的30％12~Il,I~ld：，对构成了设计的空间，设计变量不但要有一个初始量，而且还有一飞机燃油腋压管道系统进行优化设计并对管道结构进行可靠性个变化范围，即上、下限：≤(1、2,3、Ⅳ)(1)命坌析，_大．量提兰

4、高航享液委下安拿式中：^L一一设计变量的数。态妄量(sv)：用来体现优化的边界：毫，星些一条件，是设计变量的函数o。些科研人员吩别通过数值模拟和实验评估了直，、2、s(2)、弯管的特怔频!～’。。’发生；科研人员嗵过改变管路的约束方式一增加约束位置的个数数，同时也是最小化的目标，~：f=MINf(-，z，⋯⋯，)(3)★来稿日期：2011-08—10-k基金项目：陕西省自然科学基础研究计划项目(SJ08A17)，西北工业大学科技创新基金资助项目(20o8l(JO20l9)，高等学校学科创新引智计划

5、资助项目(B07050)第6期鲁华平等：基于动力学优化的航空管道DFR疲劳寿命分析5支撑来实现。管接头用于管路与管路之间和管路与附件之间的连R=O．06)作用下，寿命为10且满足95％置信度、95％可靠性时，应接与固定。卡箍则用于管路与管路之间及管路与机匣之间的相对力谱的最大值定义为结构细节疲劳许用额定值，简记为DFR值。固定。某型航空燃气轮机外部燃油管道两端为可拆卸式管接头，DFR是结构本身固有的疲劳I生能特征值，与使用载荷无关。在其长直管段有一接地卡箍支撑，为避免管道工作发生共振，需对该支撑位

6、置进行优化。该型航空燃气轮机对应激振频率为350Hz，为防止共振，应使固有频率相对于激振频率拉开20％以上，这就要求优化后管道各阶模态频率远离(280～420)Hz区间。经过反复计算，取前四阶振动频率远离(280-420)Hz区间为目标函数，即；{(7：一280)·(一420)>0)=(1，2，3，4)(4)设计变量为支撑位置坐标函数，支撑约束只能施加在该管长直管段处，故O≤鼍≤Z，z为长直管长，管道有限元模型，如图1所示。该型燃油管道材料为1Crl8Ni9Ti不锈钢，泊松比为0_3，有限元模型，

7、如图l所示。选用有限元软件ANSYS对管道结构进行动力学分析，模型划分共14580个单元，20985个节点。图2不同支撑位置与各阶频率值曲线拟合图3．1DFR法的基本概念及寿命估算步骤DFR的计算需根据结构的形式来完成，对于有紧固件的细节拉伸结构，其DFRtl~t2：DFR=DFR×~ABCDEUR(5)DFRb=121X2．2X妒(6)o·735—0·515lglvbr‘J(7)图1管道有限元模型对管道进行有限元模态优化分析，得到不同支撑位置下各式中：DFR—-DFR基准值；A—孔充填系数；B—

8、合金和表面处阶频率值，如表1所示。表1中(=l，⋯，4)为各阶频率。由于一理系数；c-埋头深度系数；料叠层系数；栓夹般情况下频率越高，对应振动位移越小，故取模态频率最大值为紧系数；【卜凸台系数；尺广—构件疲劳额定值系数；d一紧固支撑最优点位置。由表1知，以．为最大的最优支撑为l=0mm；件直径；卜构件厚度；一紧固件挤压应力；一紧固件部以为最大的最优支撑为x2=15mm。综合考虑，应取以．为最大位毛面积应力；一基准面毛面积应力。的最优支撑为l=0mm为最终优化结果。对于标准的s—N曲