水平安定面作动器结构随机振动疲劳分析

发布时间：2017-10-03 08:28

  本文关键词：水平安定面作动器结构随机振动疲劳分析

  更多相关文章： 水平安定面作动器 随机振动 疲劳寿命估算 功率谱密度 有限元仿真

【摘要】：伴随着现代飞机更高速度、更好机动性的需求,飞机面临的随机振动环境也越来越严峻。水平安定面作动器是控制飞机纵向稳定性的关键结构,长期处于随机振动载荷中会造成作动器结构部件上萌生疲劳裂纹,这将严重影响到飞机的飞行安全。本文应用随机振动和结构疲劳寿命基本理论,利用有限元仿真对作动器结构进行了随机振动疲劳分析,并与试验结果进行了比较。首先,本文从时域和频域两个方面阐述了估算振动疲劳寿命的方法,详细介绍了这些方法的思路和计算过程,重点研究了基于应力功率谱的频域方法。其次,建立了水平安定面作动器的有限元模型,分析了结构的静强度,确定了疲劳危险区域。在了解作动器结构的固有特性后,对危险区域进行频率响应分析,结合激励的功率谱获得了危险区域的应力功率谱。最后,基于时域法、Bendat幅值分布模型所表示的窄带法、Wirsching-Light公式以及Tunna公式所表示的窄带近似法、Dirlik幅值分布模型所表示的宽带法估算了危险区域的随机振动疲劳寿命。结果表明:有限元仿真预测的危险区域与试验中疲劳失效破坏的位置一致,上述方法预测的寿命和试验得到的寿命为同一量级,验证了这些方法在作动器随机振动疲劳寿命估算方面的有效性和可行性。在频域法中,窄带近似法预测的寿命更接近试验结果,而基于经典的Dirlik模型预测的寿命比窄带法还要短,说明Dirlik模型有其特定的适用范围,并不是完全适合所有的非窄带随机过程。本文通过一些振动疲劳分析方法研究了水平安定面作动器结构的随机振动疲劳问题,所做工作和所得的结论将会为改进结构设计和金属工艺等提供重要的参考依据。
【关键词】：水平安定面作动器 随机振动 疲劳寿命估算 功率谱密度 有限元仿真
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O324;O346.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题研究背景与意义13-14
• 1.2 振动疲劳研究现状14-18
• 1.2.1 国内外研究概况14-16
• 1.2.2 振动疲劳寿命估算16-18
• 1.3 本文主要工作18-19
• 第二章 随机振动的基本理论19-25
• 2.1 随机变量的概率密度函数19-20
• 2.2 随机过程的统计特征20-22
• 2.2.1 随机过程的概念20-21
• 2.2.2 平稳随机过程的数字特征21-22
• 2.3 平稳随机过程的功率谱密度22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 结构振动疲劳寿命估算方法25-37
• 3.1 结构疲劳寿命基本理论25-29
• 3.1.1 疲劳累积损伤理论25-26
• 3.1.2 材料的S-N曲线26-27
• 3.1.3 平均应力对S-N曲线的影响27-29
• 3.2 随机振动疲劳分析的时域法29-31
• 3.2.1 时域模拟方法29-30
• 3.2.2 载荷循环计数法30-31
• 3.3 随机振动疲劳分析的频域法31-36
• 3.3.1 随机穿越与损伤31-34
• 3.3.2 窄带随机过程的疲劳寿命估算34
• 3.3.3 宽带随机过程的疲劳寿命估算34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 作动器结构有限元模型的建立37-47
• 4.1 结构说明37-39
• 4.2 作动器结构上的其他设备39
• 4.3 有限元建模39-46
• 4.3.1 结构部件中面的抽取39-43
• 4.3.2 壳单元网格的划分43-44
• 4.3.3 各个部件的连接44
• 4.3.4 增加的附属质量44-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 作动器结构的随机振动疲劳寿命估算47-68
• 5.1 振动试验情况说明47-48
• 5.2 有限元仿真分析流程48-49
• 5.3 作动器结构的静强度分析49-52
• 5.3.1 载荷和约束工况49-50
• 5.3.2 静强度分析结果50-51
• 5.3.3 结构危险区域51-52
• 5.4 作动器结构的动力学分析52-56
• 5.4.1 模态分析52-56
• 5.4.2 频率响应分析56
• 5.5 危险区域的随机振动疲劳寿命估算56-67
• 5.5.1 危险区域材料的疲劳特性56-57
• 5.5.2 危险区域单元的应力功率谱57-59
• 5.5.3 时域法估算的随机振动疲劳寿命59-60
• 5.5.4 频域法估算的随机振动疲劳寿命60-65
• 5.5.5 各种方法下疲劳寿命结果的分析比较65-67
• 5.6 本章小结67-68
• 第六章 全文工作总结与展望68-70
• 6.1 本文主要工作总结68-69
• 6.2 后续工作及展望69-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文74

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本文编号：964204