机翼结构多轴疲劳寿命预测方法研究

发布时间：2017-10-14 23:41

  本文关键词：机翼结构多轴疲劳寿命预测方法研究

  更多相关文章： 多轴疲劳 机翼结构 有限元分析 临界面法 寿命预测

【摘要】：机械结构在复杂载荷情况下的多轴疲劳寿命问题在近些年中得到越来越多的关注,在多轴疲劳研究过程中,影响因素相对较多,问题也更为复杂。现如今,大多数机械与工程结构都工作在多轴应力状态下。随着产品安全需求的不断提高,单轴疲劳理论已不能满足高科技产品寿命设计的需求,多轴疲劳研究则越来越受到研究者的重视。机翼结构作为主要承力部件,更是飞机飞行时升力的主要来源。机翼在起飞、平飞、降落等过程中受到各种载荷作用,研究其在复杂载荷下的疲劳寿命具有重要的实际工程意义。本文首先介绍了疲劳基础及多轴疲劳的研究动态,并详细阐述了多轴疲劳寿命理论。针对机翼结构多轴疲劳的特点,认为基于临界面法的多轴疲劳寿命分析方法适合多轴应力状态下机翼结构的疲劳寿命分析。通过对机翼结构外载特点的分析,为了能够更加准确的预测机翼结构寿命,更加贴合机翼的实际服役状态,将采用流体力学与有限元分析相结合的方法,使用流体力学分析软件fluent对起飞、平飞、降落三种工况下的飞行外载荷特性进行了分析,并提取了每种工况下最符合工程实际的升力及阻力作为有限元分析中的外载荷。在有限元分析软件abaqus中进行了机翼结构有限元分析,得到机翼强度、刚度状态,找出机翼结构薄弱易损处,得到疲劳寿命分析所需要的应力应变结果。在fe-safe中,根据机翼结构有限元分析结果,综合各工况载荷情况,形成疲劳分析所需要的载荷循环。定义材料属性创建新材料并选择多轴疲劳算法,对机翼结构进行疲劳寿命分析。通过有限元后处理,得到机翼结构的疲劳寿命情况以及疲劳薄弱位置。将所得结果进行对比,得出应力最大处与疲劳薄弱位置相吻合,并且所得机翼结构最小起降循环次数在合理起降次数范围之内。所得疲劳寿命结果与工程实际相比较,可知本文所用方法可有效预测机翼结构疲劳寿命,为机翼结构疲劳分析提供新途径,为设计时估算机翼使用寿命提供参考。
【关键词】：多轴疲劳 机翼结构 有限元分析 临界面法 寿命预测
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V224
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究背景与意义8-10
• 1.2 疲劳寿命分析研究进展10-11
• 1.3.多轴疲劳寿命分析研究进展11-14
• 1.4.飞机结构疲劳研究进展14-15
• 1.5 论文构成15-16
• 第2章 多轴疲劳分析基础16-29
• 2.1 疲劳概述16-18
• 2.1.1 疲劳的基本概念及疲劳破坏产生机理16-18
• 2.1.2 疲劳分类18
• 2.2 应力状态分析18-19
• 2.3 多轴疲劳的应力与应变19-21
• 2.3.1 主应力19-20
• 2.3.2 主应变20-21
• 2.4 多轴疲劳概述21-22
• 2.5 多轴疲劳损伤参量22-24
• 2.5.1 多轴疲劳破坏准则浅析22-24
• 2.5.2 基于临界面法的多轴疲劳损伤参量24
• 2.6 多轴疲劳损伤累积模型24-26
• 2.6.1 多轴疲劳比例加载损伤累积模型24-25
• 2.6.2 多轴疲劳非比例加载损伤累积模型25-26
• 2.7 多轴疲劳寿命预测方法26-27
• 2.7.1 基于应力的多轴疲劳寿命预测方法26-27
• 2.7.2 基于应变的多轴疲劳寿命预测方法27
• 2.7.3 基于临界面法的多轴疲劳寿命预测方法27
• 2.8 本章小结27-29
• 第3章 机翼结构气动特性及外载荷分析29-40
• 3.1 Fluent/Gambit软件简介29
• 3.2 机翼结构气动特性计算29-32
• 3.2.1 流体计算模型29-30
• 3.2.2 流体网格划分30-32
• 3.2.3 流体边界条件设置32
• 3.3 气动计算结果分析32-38
• 3.3.1 爬升阶段气动计算结果分析33-34
• 3.3.2 平飞阶段气动计算结果分析34-36
• 3.3.3 降落阶段气动计算结果分析36-38
• 3.4 机翼三种工况下的外载荷分析38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 机翼结构有限元分析40-52
• 4.1 机翼结构有限元分析模型的建立40-41
• 4.1.1 建模软件简介40
• 4.1.2 机翼结构模型的简化40
• 4.1.3 机翼结构建模40-41
• 4.2 机翼结构有限元模型的建立41-44
• 4.2.1 有限元理论及ABAQUS简介41-42
• 4.2.2 单元类型及材料特性设置42-43
• 4.2.3 有限元模型的建立43-44
• 4.3 机翼结构有限元分析44-50
• 4.3.1 爬升阶段的加载及有限元分析45-47
• 4.3.2 平飞阶段的加载及有限元分析47-49
• 4.3.3 降落阶段的加载及有限元分析49-50
• 4.4 三种工况下仿真结果综合分析50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 机翼结构疲劳寿命分析52-67
• 5.1 Fe-safe软件简介52-53
• 5.2 综合三种工况下主应力主应变分析53-58
• 5.3 载荷谱的编译58-61
• 5.4 机翼结构疲劳寿命分析61-66
• 5.4.1 基于Fe-safe的多轴疲劳分析步骤61
• 5.4.2 载荷步的生成61-62
• 5.4.3 载荷循环的设定62-63
• 5.4.4 定义材料参数63
• 5.4.5 疲劳算法的选取63-64
• 5.4.6 疲劳寿命结果分析64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第6章 结论与展望67-69
• 6.1 本文研究结论67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研情况说明73-74
• 一、攻读硕士期间发表的论文73
• 二、攻读硕士期间参加科研情况73-74
• 致谢74-75

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本文编号：1033857