C/SiC材料疲劳试验加载频率的数值研究
发布时间：2020-12-25 14:07
材料S-N曲线和结构动应力响应是声疲劳寿命评估的两个要素,而热结构材料C/SiC的S-N曲线具有强的频率依赖性。为得到典型C/SiC材料热结构声疲劳寿命评估可用的S-N曲线,分析了随机信号的水平穿越问题,导出随机信号的正斜率穿越率计算公式。论证了随机信号的正斜率零穿越率表征了信号的统计平均频率,且可直接由功率谱密度函数计算得到。对一C/SiC加筋壁板在声压载荷下的随机动响应进行数值仿真,在声载荷下壁板3个典型部位动应力响应的平均频率的最大值为532Hz,数值算例验证了正斜率零穿越率与随机信号在单位时间内的循环次数近似相等。因此在对该结构寿命评估前,测定材料S-N曲线应使试验加载频率尽可能接近532Hz。
【文章来源】：振动工程学报. 2016年06期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１事件Ａ发生在Ｘ－?Ｘ平面的面积Ｆｉｇ．１ＲｅｇｉｏｎｉｎＸ－?ＸｐｌａｎｅｆｏｒｗｈｉｃｈｅｖｅｎｔＡｏｃｃｕｒｓ
于Ｓ－Ｎ曲线具有强频率依赖性的Ｃ／ＳｉＣ结构材料，在测试其Ｓ－Ｎ曲线前，可由结构响应的正斜率零穿越率计算结构上危险部位振动的统计平均频率，以此为疲劳试验的加载频率，从而使测得的Ｓ－Ｎ曲线在统计意义上符合结构在声载荷下疲劳寿命评估的要求。３算例研究首先，用一个已知的随机信号数值算例验证基于功率谱密度函数估算统计平均频率的准确性。使用ＭＡＴＬＡＢ生成均值为零，标准差为１００ＭＰａ，高斯分布的应力时域信号，长度为１ｓ，采样频率８００Ｈｚ，波形如图２所示。对于一个时间长度不长的时域信号，可直接通过循环计数的方法得到其循环次数，上述时域信号的循环次数为２０１。另一方面，图３给出了由Ｂｕｒｇ法得到信号的功率谱密度函数估计，对其应用式图２时域随机信号Ｆｉｇ．２Ｒａｎｄｏｍｓｉｇｎａｌｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ（２３）计算得到平均频率为２０９Ｈｚ，与直接循环计数得到的结果相差４．０％。可见，基于信号ＰＳＤ计算得到随机信号的平均振动频率与时域循环计数的结果偏差小，满足工程要求。图３信号的功率谱密度曲线Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｇｎａｌＰＳＤｃｕｒｖｅ建立一典型热防护结构中的加筋壁板有限元模型，分析其在声载荷下的振动频率特性。矩形壁板的面内尺寸为６００ｍｍ×４００ｍｍ，厚度为４ｍｍ，使用壳单元建模，筋条用梁单元设置偏置建模，有限元单元总数为６９０，节点总数为６５１，如图４所示。板的边界条件为四边简支，输入条件为垂直作用在板面上的声压，其功率谱密度由美国军用标准ＭＩＬ－ＳＴＤ－８１０Ｄ中的声载荷１／３倍频程谱转换得到［２
振动的统计平均频率，以此为疲劳试验的加载频率，从而使测得的Ｓ－Ｎ曲线在统计意义上符合结构在声载荷下疲劳寿命评估的要求。３算例研究首先，用一个已知的随机信号数值算例验证基于功率谱密度函数估算统计平均频率的准确性。使用ＭＡＴＬＡＢ生成均值为零，标准差为１００ＭＰａ，高斯分布的应力时域信号，长度为１ｓ，采样频率８００Ｈｚ，波形如图２所示。对于一个时间长度不长的时域信号，可直接通过循环计数的方法得到其循环次数，上述时域信号的循环次数为２０１。另一方面，图３给出了由Ｂｕｒｇ法得到信号的功率谱密度函数估计，对其应用式图２时域随机信号Ｆｉｇ．２Ｒａｎｄｏｍｓｉｇｎａｌｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ（２３）计算得到平均频率为２０９Ｈｚ，与直接循环计数得到的结果相差４．０％。可见，基于信号ＰＳＤ计算得到随机信号的平均振动频率与时域循环计数的结果偏差小，满足工程要求。图３信号的功率谱密度曲线Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｇｎａｌＰＳＤｃｕｒｖｅ建立一典型热防护结构中的加筋壁板有限元模型，分析其在声载荷下的振动频率特性。矩形壁板的面内尺寸为６００ｍｍ×４００ｍｍ，厚度为４ｍｍ，使用壳单元建模，筋条用梁单元设置偏置建模，有限元单元总数为６９０，节点总数为６５１，如图４所示。板的边界条件为四边简支，输入条件为垂直作用在板面上的声压，其功率谱密度由美国军用标准ＭＩＬ－ＳＴＤ－８１０Ｄ中的声载荷１／３倍频程谱转换得到［２４］，总声压级为１６０ｄＢ（参考声压２×１０－５Ｐａ）。模型中Ｃ／ＳｉＣ材料面内拉压弹性模量Ｅ１１＝Ｅ
【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速飞行器陶瓷复合材料与热结构技术研究进展[J]. 鲁芹,胡龙飞,罗晓光,姜贵庆. 硅酸盐学报. 2013(02)
[2]单向双筋板结构件共振疲劳试验及分析[J]. 刘文光,贺红林. 实验力学. 2012(03)
[3]含高频的载荷下飞机薄壁结构振动疲劳寿命分析[J]. 张坤,薛璞,胡海涛,李玉龙. 机械科学与技术. 2012(04)
[4]小卫星随机振动试验和噪声试验对比研究[J]. 邓卫华,俞伟学,施修明. 航天器工程. 2009(01)
本文编号：2937802
【文章来源】：振动工程学报. 2016年06期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１事件Ａ发生在Ｘ－?Ｘ平面的面积Ｆｉｇ．１ＲｅｇｉｏｎｉｎＸ－?ＸｐｌａｎｅｆｏｒｗｈｉｃｈｅｖｅｎｔＡｏｃｃｕｒｓ
于Ｓ－Ｎ曲线具有强频率依赖性的Ｃ／ＳｉＣ结构材料，在测试其Ｓ－Ｎ曲线前，可由结构响应的正斜率零穿越率计算结构上危险部位振动的统计平均频率，以此为疲劳试验的加载频率，从而使测得的Ｓ－Ｎ曲线在统计意义上符合结构在声载荷下疲劳寿命评估的要求。３算例研究首先，用一个已知的随机信号数值算例验证基于功率谱密度函数估算统计平均频率的准确性。使用ＭＡＴＬＡＢ生成均值为零，标准差为１００ＭＰａ，高斯分布的应力时域信号，长度为１ｓ，采样频率８００Ｈｚ，波形如图２所示。对于一个时间长度不长的时域信号，可直接通过循环计数的方法得到其循环次数，上述时域信号的循环次数为２０１。另一方面，图３给出了由Ｂｕｒｇ法得到信号的功率谱密度函数估计，对其应用式图２时域随机信号Ｆｉｇ．２Ｒａｎｄｏｍｓｉｇｎａｌｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ（２３）计算得到平均频率为２０９Ｈｚ，与直接循环计数得到的结果相差４．０％。可见，基于信号ＰＳＤ计算得到随机信号的平均振动频率与时域循环计数的结果偏差小，满足工程要求。图３信号的功率谱密度曲线Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｇｎａｌＰＳＤｃｕｒｖｅ建立一典型热防护结构中的加筋壁板有限元模型，分析其在声载荷下的振动频率特性。矩形壁板的面内尺寸为６００ｍｍ×４００ｍｍ，厚度为４ｍｍ，使用壳单元建模，筋条用梁单元设置偏置建模，有限元单元总数为６９０，节点总数为６５１，如图４所示。板的边界条件为四边简支，输入条件为垂直作用在板面上的声压，其功率谱密度由美国军用标准ＭＩＬ－ＳＴＤ－８１０Ｄ中的声载荷１／３倍频程谱转换得到［２
振动的统计平均频率，以此为疲劳试验的加载频率，从而使测得的Ｓ－Ｎ曲线在统计意义上符合结构在声载荷下疲劳寿命评估的要求。３算例研究首先，用一个已知的随机信号数值算例验证基于功率谱密度函数估算统计平均频率的准确性。使用ＭＡＴＬＡＢ生成均值为零，标准差为１００ＭＰａ，高斯分布的应力时域信号，长度为１ｓ，采样频率８００Ｈｚ，波形如图２所示。对于一个时间长度不长的时域信号，可直接通过循环计数的方法得到其循环次数，上述时域信号的循环次数为２０１。另一方面，图３给出了由Ｂｕｒｇ法得到信号的功率谱密度函数估计，对其应用式图２时域随机信号Ｆｉｇ．２Ｒａｎｄｏｍｓｉｇｎａｌｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ（２３）计算得到平均频率为２０９Ｈｚ，与直接循环计数得到的结果相差４．０％。可见，基于信号ＰＳＤ计算得到随机信号的平均振动频率与时域循环计数的结果偏差小，满足工程要求。图３信号的功率谱密度曲线Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｇｎａｌＰＳＤｃｕｒｖｅ建立一典型热防护结构中的加筋壁板有限元模型，分析其在声载荷下的振动频率特性。矩形壁板的面内尺寸为６００ｍｍ×４００ｍｍ，厚度为４ｍｍ，使用壳单元建模，筋条用梁单元设置偏置建模，有限元单元总数为６９０，节点总数为６５１，如图４所示。板的边界条件为四边简支，输入条件为垂直作用在板面上的声压，其功率谱密度由美国军用标准ＭＩＬ－ＳＴＤ－８１０Ｄ中的声载荷１／３倍频程谱转换得到［２４］，总声压级为１６０ｄＢ（参考声压２×１０－５Ｐａ）。模型中Ｃ／ＳｉＣ材料面内拉压弹性模量Ｅ１１＝Ｅ
【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速飞行器陶瓷复合材料与热结构技术研究进展[J]. 鲁芹,胡龙飞,罗晓光,姜贵庆. 硅酸盐学报. 2013(02)
[2]单向双筋板结构件共振疲劳试验及分析[J]. 刘文光,贺红林. 实验力学. 2012(03)
[3]含高频的载荷下飞机薄壁结构振动疲劳寿命分析[J]. 张坤,薛璞,胡海涛,李玉龙. 机械科学与技术. 2012(04)
[4]小卫星随机振动试验和噪声试验对比研究[J]. 邓卫华,俞伟学,施修明. 航天器工程. 2009(01)
本文编号：2937802
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