[发明专利]一种基于局部载荷状态一致的多参数疲劳试验谱编制方法

说明书

本发明公开了一种基于局部载荷状态一致的多参数疲劳试验谱编制方法，包括以下步骤：根据有限元原理将多参数构件载荷谱转换为疲劳考核点的应力应变历程，求解局部应力应变与构件载荷的线性方程；根据离散的应力应变时间历程进行等效应力应变计算以及应力主轴方向的计算，得到等效应力应力应变时间历程以及应力主轴时间历程；选取典型的多轴载荷状态循环，以及确定相应的累积时间；计算原始载荷谱的总累积损伤，对上述步骤选取的多轴载荷状态循环相应的循环数进行优化搜索求解；对每一级载荷进行随机拼接，合成与原始载荷谱局部载荷状态一致、损伤一致的多参数疲劳试验谱。本发明实现了多参数疲劳试验载荷谱编制过程的损伤一致性和局部状态一致性。

技术领域

本发明属于航空发动机的多参数疲劳试验载荷谱编制技术领域，特别涉及航空发动机机匣类构件在多参数随机载荷下的疲劳试验谱编制方法。

背景技术

上世纪70年代以来，对于单参数疲劳试验载荷谱的研究，已经有了很大的进展，并且也已广泛应用于航空航天、车辆、工程机械等工业领域。然而在工程实际中，大多数构件都长期承受着多种随机载荷作用，并且构件往往是极易产生多轴疲劳损伤而失效。航空发动机机匣类构件不仅承受着由气体流动产生的气体力，还承受着由于飞机机动飞行而产生的外部作用力载荷，而这两类载荷的变化往往是随机、非比例的，但又具有一定的相关性。对这类承受复杂多参数载荷的构件进行疲劳考核时单参数疲劳试验谱已不再适用，因此为对这类构件进行充分的、科学的寿命考核，必须发展一种多参数载荷疲劳试验谱的编制方法。

国内对航空发动机机匣类构件多参数疲劳试验谱的研究起于20世纪90年代，也发展了一些机匣多参数疲劳试验谱的编制方法，张勇等人对发动机气动载荷和机动载荷的匹配进行了研究，为合理确定多参数载荷作用下的构件载荷奠定了基础，史海秋等以某型发动机承力机匣为例，提出了一种基于载荷剖面计算的航空发动机零部件疲劳试验谱编制方法。

然而上述方法还不能给出明确的构件多参数疲劳试验谱编制方法，也不能满足疲劳损伤一致性的编谱要求。杨艳红、赵勇铭等人分别从多轴疲劳损伤的角度进行多参数疲劳试验谱的编制工作，但其在编谱过程中为保证损伤一致，对载荷幅值、相位等参数进行优化搜索取值，这就导致编制的疲劳试验谱与实际服役载荷在载荷特征与构件局部载荷状态表现上有一定的差别。

综上所述，目前现有的多参数疲劳试验谱的编制方法仍有一定的局限性，在多参数载荷作用下，编制与实际载荷谱下构件局部载荷状态一致、损伤等效、失效模式一致的疲劳试验谱仍是一个迫切需要解决的关键工程问题，这也对航空发动机整机及机匣类构件疲劳损伤分析和疲劳试验的研究具有重要意义。

因此，有必要发展一种能够考虑航空发动机机匣类构件局部载荷状态一致、损伤一致的多参数疲劳试验谱编制方法，为航空发动机及其零部件的定寿奠定基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于局部载荷状态一致的多参数疲劳试验谱编制方法，以实现多参数疲劳试验载荷谱编制过程的损伤一致性和局部状态一致性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于局部载荷状态一致的多参数疲劳试验谱编制方法，包括以下步骤：

(1)根据有限元原理将多参数构件载荷谱转换为疲劳考核点的应力应变历程，并求解局部应力应变与构件载荷的线性方程；

(2)选取载荷时间间隔△t，对载荷时间历程进行等时间间隔离散划分，分别根据离散的应力应变时间历程进行等效应力应变计算以及应力主轴方向的计算，得到等效应力应力应变时间历程以及应力主轴时间历程；

(3)对等效应力应变历程以及应力主轴方向进行离散统计，选取典型的多轴载荷状态循环，以及确定相应的累积时间；

(4)根据多轴疲劳损伤模型计算原始载荷谱的总累积损伤，根据损伤一致性的原则对上述步骤选取的多轴载荷状态循环相应的循环数进行优化搜索求解；