[发明专利]基于应力概率密度法的结构随机疲劳寿命估算方法

说明书

本发明公开一种基于应力概率密度法的结构随机疲劳寿命估算方法，方法首先在随机载荷作用下，分别提取薄壁结构在空间坐标系中x、y、z三个方向上的正应力和剪应力；接着获取薄壁结构服从Weibull分布的Von Mises应力，求解Von Mises应力分量平方过程，得到Weibull参数m和η；然后基于窄带随机过程的条件，得出非Gauss过程的应力峰值概率密度函数P_p(s)；最后基于Miner线性累计损伤理论，结合非Gauss过程的应力峰值概率密度函数P_p(s)建立随机疲劳寿命估算模型来确定薄壁结构的疲劳寿命。本发明不仅适用于窄带应力过程，经宽带修正后，也适用于宽带随机应力过程。

技术领域

本发明涉及飞行器寿命评估技术领域，尤其涉及一种基于应力概率密度法的结构随机疲劳寿命估算方法。

背景技术

航空发动机燃烧室火焰筒、加力燃烧室隔热防振屏、航天飞机蒙皮等薄壁壳结构，在工作时承受复杂的机械力载荷、气动力载荷、热载荷和高声强噪声载荷。这些载荷往往是多轴疲劳载荷，这些载荷具有随机性，在这些载荷作用下将产生复杂的内部应力而导致薄壁壳结构疲劳破坏。

传统的随机疲劳寿命估算方法，要先对结构所承受的应力时间历程进行采样和循环计数，然后根据Miner理论进行损伤求和计算。这样，设计者只有完全知道了构件所经历的载荷时间历程，才能对构件作出疲劳寿命估算，然而，在产品及构件的设计阶段，难以获得危险点的详细载荷时间历程。此外，对于某些结构的危险位置，其载荷时间历程无法实测时，采用这种传统的方法也无法预估构件的疲劳寿命。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于应力概率密度法的结构随机疲劳寿命估算方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：基于应力概率密度法的结构随机疲劳寿命估算方法，包括如下步骤：

步骤1：在随机载荷作用下，分别提取薄壁结构在空间坐标系中x、y、z三个方向上的正应力和剪应力；

步骤2：在随机载荷作用下，获取薄壁结构服从Weibull分布的Von Mises应力，求解Von Mises应力分量平方过程，得到Weibull参数m和η；

Von Mines应力在三维空间中被定义为：

其中，s_v表示Von Mines应力，s_x、s_y、s_z分别表示x、y、z方向的正应力，s_xy、s_yz、s_xz分别表示x、y、z方向的剪应力；

步骤3：基于窄带随机过程的条件，得出非Gauss过程的应力峰值概率密度函数P_p(s)，过程如下：

步骤3.1：将弱阻尼系统的响应认定为窄带随机过程，推导出非Gauss过程的应力峰值概率密度函数P_p(s)的近似表达式：

其中，Γ()为伽玛函数；s为应力幅值，对于Von Mises应力过程，幅值是有效峰值与过程标准差的组合，即：

s＝s_有效+σ(s_v)＝s_v-E(s_v)+σ(s_v)

其中，s_v为Von Mises应力，s_有效为Von Mises应力有效峰值，E(s_v)、σ(s_v)分别为VonMises应力的均值和标准差；