[发明专利]一种实现结构疲劳寿命快速评估的反应谱方法

说明书

本申请涉及一种实现结构疲劳寿命快速评估的反应谱方法，包括：利用Single Moment Method评估了各阶模态对系统疲劳损伤的贡献，分离出振型参与系数与应力振型，从而建立出与荷载及结构空间信息无关的疲劳损伤反应谱；针对多自由度系统，考虑振型相关性对疲劳损伤的影响，形成了疲劳寿命评估反应谱方法的Complete Quadratic Combination(CQC)与Square Root of the Sum of Squares(SRSS)与ModifiedSquare Root of the Sum of Squares(MRS)计算格式。采用申请给出的方法，以L型试验件为例验证了本文方法的可靠性与高效性。

技术领域

本发明涉及一种实现结构疲劳寿命快速评估的反应谱方法，适用于受基础加速度作用的机械系统的疲劳寿命快速评估。

背景技术

在复杂荷载环境作用下，疲劳失效是机械系统失效的主要形式之一。飞机上包裹发动机的短舱结构，运载火箭上的有效荷载等机械系统均承受着较强的基础加速度的作用。近年来，随着对运载结构等机械系统动强度设计的关注度不断提高，疲劳寿命的快速评估方法研究成为一个重要议题。

一般来说，随机疲劳的频域方法以响应的功率谱密度函数及谱矩表示其统计特征，进而开展疲劳寿命评估。其计算成本主要体现在以下两个方面，一为需要进行大量的数值积分操作，二为计算过程复杂，涉及大量的中间变量的存储，对电脑内外存及传输性能要求较高。即便对原问题进行模态降阶，对于包含局部模态过多的大型复杂结构，效率的提升并不显著。高昂的计算成本给疲劳寿命评估过程与其他科学问题相结合并进一步发展带来了巨大的挑战。因此发展一种流程简单且计算成本低的频域疲劳寿命评估方法具有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种实现结构疲劳寿命快速评估的反应谱方法。

本发明基于振型分解法，对于多自由度结构系统，建立了等效Von-Mises应力分布向量的概念，提出了通过等效Von-Mises应力评估结构多轴疲劳寿命时各阶振型对系统总损伤的贡献的描述方式，从中分离出振型参与系数与应力振型，定义模态损伤反应，从而建立出与荷载及结构空间信息无关的疲劳损伤反应谱。该疲劳损伤反应谱不仅具有随自振频率变化相对平缓的特点，还降低了响应带宽性质带来的影响。考虑振型相关性对疲劳损伤的影响，在完全考虑与完全忽略振型间相关性的情况下形成了Complete QuadraticCombination(CQC)、Square Root of the Sum of Squares(SRSS)两种反应谱方法的计算格式。结合CQC与SRSS两种方法的优势，通过引入模态群与中心频率的概念，部分考虑振型间相关性对结构总疲劳损伤的影响，形成Modified Square Root of the Sum of Squares(MRS)计算格式。综上，本发明所提出的疲劳寿命快速评估的反应谱方法共包含CQC、SRSS与MRS三种计算格式，避免了结构应力响应功率谱密度函数与谱矩的计算，具有更高的计算效率。并且由于结构空间信息与频率信息相互解耦，有效降低了重分析时带来的巨大的计算成本。

本发明的一种实现结构疲劳寿命快速评估的反应谱方法，包括以下步骤：

(1)将等效Von-Mises应力的计算与振型分解法深度融合，建立等效Von-Mises应力分布向量，利用Single Moment方法评估了各阶振型对系统疲劳损伤的贡献。

(2)从各阶振型对系统疲劳损伤的贡献中分离出振型参与系数与应力振型，建立模态损伤反应的概念，构造出与荷载及结构空间信息无关的疲劳损伤反应谱。

(3)针对多自由度系统，在完全考虑、完全忽略与部分考虑振型相关性对疲劳损伤的影响的三种条件下，形成三种疲劳寿命评估反应谱方法的计算格式。

步骤(1)包括：

考虑一个具有n自由度的离散化结构系统，在一致基础加速度作用下其运动方程为