發(fā)布時間：2020-12-25 14:07

　　材料S-N曲線和結構動應力響應是聲疲勞壽命評估的兩個要素,而熱結構材料C/SiC的S-N曲線具有強的頻率依賴性。為得到典型C/SiC材料熱結構聲疲勞壽命評估可用的S-N曲線,分析了隨機信號的水平穿越問題,導出隨機信號的正斜率穿越率計算公式。論證了隨機信號的正斜率零穿越率表征了信號的統(tǒng)計平均頻率,且可直接由功率譜密度函數(shù)計算得到。對一C/SiC加筋壁板在聲壓載荷下的隨機動響應進行數(shù)值仿真,在聲載荷下壁板3個典型部位動應力響應的平均頻率的最大值為532Hz,數(shù)值算例驗證了正斜率零穿越率與隨機信號在單位時間內(nèi)的循環(huán)次數(shù)近似相等。因此在對該結構壽命評估前,測定材料S-N曲線應使試驗加載頻率盡可能接近532Hz。 

【文章來源】：振動工程學報. 2016年06期 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖１事件Ａ發(fā)生在Ｘ－?Ｘ平面的面積Ｆｉｇ．１ＲｅｇｉｏｎｉｎＸ－?ＸｐｌａｎｅｆｏｒｗｈｉｃｈｅｖｅｎｔＡｏｃｃｕｒｓ

于Ｓ－Ｎ曲線具有強頻率依賴性的Ｃ／ＳｉＣ結構材料，在測試其Ｓ－Ｎ曲線前，可由結構響應的正斜率零穿越率計算結構上危險部位振動的統(tǒng)計平均頻率，以此為疲勞試驗的加載頻率，從而使測得的Ｓ－Ｎ曲線在統(tǒng)計意義上符合結構在聲載荷下疲勞壽命評估的要求。３算例研究首先，用一個已知的隨機信號數(shù)值算例驗證基于功率譜密度函數(shù)估算統(tǒng)計平均頻率的準確性。使用ＭＡＴＬＡＢ生成均值為零，標準差為１００ＭＰａ，高斯分布的應力時域信號，長度為１ｓ，采樣頻率８００Ｈｚ，波形如圖２所示。對于一個時間長度不長的時域信號，可直接通過循環(huán)計數(shù)的方法得到其循環(huán)次數(shù)，上述時域信號的循環(huán)次數(shù)為２０１。另一方面，圖３給出了由Ｂｕｒｇ法得到信號的功率譜密度函數(shù)估計，對其應用式圖２時域隨機信號Ｆｉｇ．２Ｒａｎｄｏｍｓｉｇｎａｌｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ（２３）計算得到平均頻率為２０９Ｈｚ，與直接循環(huán)計數(shù)得到的結果相差４．０％。可見，基于信號ＰＳＤ計算得到隨機信號的平均振動頻率與時域循環(huán)計數(shù)的結果偏差小，滿足工程要求。圖３信號的功率譜密度曲線Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｇｎａｌＰＳＤｃｕｒｖｅ建立一典型熱防護結構中的加筋壁板有限元模型，分析其在聲載荷下的振動頻率特性。矩形壁板的面內(nèi)尺寸為６００ｍｍ×４００ｍｍ，厚度為４ｍｍ，使用殼單元建模，筋條用梁單元設置偏置建模，有限元單元總數(shù)為６９０，節(jié)點總數(shù)為６５１，如圖４所示。板的邊界條件為四邊簡支，輸入條件為垂直作用在板面上的聲壓，其功率譜密度由美國軍用標準ＭＩＬ－ＳＴＤ－８１０Ｄ中的聲載荷１／３倍頻程譜轉換得到［２

振動的統(tǒng)計平均頻率，以此為疲勞試驗的加載頻率，從而使測得的Ｓ－Ｎ曲線在統(tǒng)計意義上符合結構在聲載荷下疲勞壽命評估的要求。３算例研究首先，用一個已知的隨機信號數(shù)值算例驗證基于功率譜密度函數(shù)估算統(tǒng)計平均頻率的準確性。使用ＭＡＴＬＡＢ生成均值為零，標準差為１００ＭＰａ，高斯分布的應力時域信號，長度為１ｓ，采樣頻率８００Ｈｚ，波形如圖２所示。對于一個時間長度不長的時域信號，可直接通過循環(huán)計數(shù)的方法得到其循環(huán)次數(shù)，上述時域信號的循環(huán)次數(shù)為２０１。另一方面，圖３給出了由Ｂｕｒｇ法得到信號的功率譜密度函數(shù)估計，對其應用式圖２時域隨機信號Ｆｉｇ．２Ｒａｎｄｏｍｓｉｇｎａｌｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ（２３）計算得到平均頻率為２０９Ｈｚ，與直接循環(huán)計數(shù)得到的結果相差４．０％�？梢�，基于信號ＰＳＤ計算得到隨機信號的平均振動頻率與時域循環(huán)計數(shù)的結果偏差小，滿足工程要求。圖３信號的功率譜密度曲線Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｇｎａｌＰＳＤｃｕｒｖｅ建立一典型熱防護結構中的加筋壁板有限元模型，分析其在聲載荷下的振動頻率特性。矩形壁板的面內(nèi)尺寸為６００ｍｍ×４００ｍｍ，厚度為４ｍｍ，使用殼單元建模，筋條用梁單元設置偏置建模，有限元單元總數(shù)為６９０，節(jié)點總數(shù)為６５１，如圖４所示。板的邊界條件為四邊簡支，輸入條件為垂直作用在板面上的聲壓，其功率譜密度由美國軍用標準ＭＩＬ－ＳＴＤ－８１０Ｄ中的聲載荷１／３倍頻程譜轉換得到［２４］，總聲壓級為１６０ｄＢ（參考聲壓２×１０－５Ｐａ）。模型中Ｃ／ＳｉＣ材料面內(nèi)拉壓彈性模量Ｅ１１＝Ｅ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高超聲速飛行器陶瓷復合材料與熱結構技術研究進展[J]. 魯芹,胡龍飛,羅曉光,姜貴慶.  硅酸鹽學報. 2013(02)
[2]單向雙筋板結構件共振疲勞試驗及分析[J]. 劉文光,賀紅林.  實驗力學. 2012(03)
[3]含高頻的載荷下飛機薄壁結構振動疲勞壽命分析[J]. 張坤,薛璞,胡海濤,李玉龍.  機械科學與技術. 2012(04)
[4]小衛(wèi)星隨機振動試驗和噪聲試驗對比研究[J]. 鄧衛(wèi)華,俞偉學,施修明.  航天器工程. 2009(01)



本文編號：2937802