[发明专利]含残余应力支架随机振动疲劳寿命的预测方法

摘要

本发明公开了一种含残余应力支架随机振动疲劳寿命的预测方法，主要通过有限元分析，根据减振支架结构的振型和随机振动响应分析确定支架的危险区域和功率谱密度(PSD)函数曲线f～G(f)，然后通过疲劳试验确定材料疲劳特性，最后引入焊接残余应力，并获得不同残余应力下减振支架结构的疲劳寿命。本发明分析方法解决了目前现有技术中未涉及到对船舶专用减振支架进行随机振动疲劳寿命计算及预测的问题，为支架的设计、改进与实验提供了理论依据和指导验证；同时适用于其他结构含残余应力的振动疲劳寿命计算，克服了现有随机载荷作用下结构振动疲劳寿命分析偏于不安全的缺点，使结构的振动疲劳寿命分析更加符合实际。

主权项

含残余应力支架随机振动疲劳寿命的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)建立支架结构整体隔振系统有限元模型，并为各个结构模块赋予各自的材料属性；(b)利用有限元法对支架结构进行振动特性分析，确定支架结构的固有频率和振型，且分析整体隔振系统在随机振动载荷作用下的动态应力响应谱，确定支架结构最大应力Smax和功率谱密度函数曲线f～G(f)；(c)根据步骤(b)中的支架结构的振型和结构应力等于或接近于最大应力的区域确定支架结构的危险区域；(d)对所述步骤(c)确定的危险区域的支架结构取样，并采用疲劳试验机对取样材料进行拉‑压疲劳试验，对试验数据进行统计分析，确定材料常数C和m，得到支架结构材料在有限寿命范围内的S‑N曲线方程如下：SmNs＝C   (1)其中S为应力幅值，Ns为应力幅值为S时的破坏循环数；(e)根据Goodman公式引入焊接残余应力得到等效应力，计算方程如下：Sa=Se(1-SmSu)---(2)]]>其中Sa为应力幅，Se为等效应力，Sm为焊接残余应力，Su为材料的极限抗拉强度；(f)将所述步骤(e)得出的等效应力Se代入公式(1)得到等效应力Se下的破坏循环数，进而得出修正的材料常数C*、m*值，从而得到含残余应力的S‑N曲线；(g)根据Dirlik宽带信号疲劳分析公式，结合步骤(f)的推导结果C*、m*值，得到含残余应力支架随机振动疲劳寿命T如下：T=NSE[P]P(S)=C*E[P]∫Sm*P(S)dS=C(1-SmSu)mE[P]∫SmP(S)dS---(3)]]>其中E[P]与P(S)定义如下：E[P]=m4m2]]>P(S)=D1Qe-ZQ+D2R2e-Z22R2+D3Ze-Z222m0]]>式中各参量定义如下：mn=∫fnG(f)dfD1=2(xm-γ2)1+γ2D2=1-γ-D1+D121-R]]>D3＝1‑D1‑D2R=γ-xm-D121-γ-D1-D12γ=m2m0m4xm=m1m0m2m4.]]>