飞机结构的随机振动疲劳分析方法

飞机结构的随机振动疲劳分析方法（精选2篇）

1.飞机结构的随机振动疲劳分析方法 篇一

随机振动环境下电路板的疲劳寿命与可靠性研究

当前航空产品要求高可靠性、高环境适应性,以适应日趋严酷的.产品使用环境.由于随机振动激励环境的复杂性,难以有效分析产品在振动环境下的疲劳寿命和可靠性.基于Miner准则和干涉模型,提出了典型电路板在随机激励下疲劳寿命和疲劳寿命可靠性的分析方法和步骤.并通过ANSYS分析与试验结果相结合,验证了方法和步骤的有效性.为电路板在振动环境下的环境适应性设计与分析提供了一个强有力的分析手段.

作 者：金有刚 姚军 JIN You-gang YAO Jun  作者单位：北京航空航天大学工程系统工程系,北京,100083 刊 名：强度与环境  ISTIC英文刊名：STRUCTURE & ENVIRONMENT ENGINEERING 年，卷(期)：2007 34(3) 分类号：V416.5 V414.3+3 关键词：环境适应性   疲劳   可靠性  

2.飞机结构的随机振动疲劳分析方法 篇二

国际上目前对公路钢桥疲劳验算所用的荷载一般有3种形式:车辆荷载频值谱,即通过对公路桥梁的交通调查,得出日常各种典型车辆的荷重和出现的相对频率;一辆标准疲劳车(由第1种形式简化而来);采用静力强度设计标准活载中的一辆重车。其中,以第1种荷载形式更加精确实际。

1 相近公路交通量调查

1.1 蕴藻浜大桥周边环境

蕴藻浜是上海北部一条重要骨干河道,亦为上海地区市级干线航道之一。蕴藻浜在本工程范围附近的现状河宽65 m,为内河V级航道。蕴藻浜以西桃浦路南侧为正在建设中的轨道交通11号线同济大学站,与桃浦路相交处为11号线地面区间段,走向与蕴藻浜大致平行;轨道距离蕴藻浜现状岸线的净距约25 m。

桃浦公路以及蕴藻浜大桥都处于在建阶段,其实际交通量无法取得,只能通过当前已有资料进行预测。蕴藻浜大桥附近有主要干道3条:曹安公路、嘉松北路以及宝安公路。本项目的方案是实测曹安公路、嘉松北路路口,将曹安公路的交通量作为蕴藻浜大桥的交通量。蕴藻浜大桥位置以及周边主要干道如图1所示。

1.2 交通量调查方法

汽车对桥梁的荷载效应主要体现在其轴数、轴重和轴距等荷载参数。调查内容与一般交通部门有所不同,须在一定时间段内记录各类车辆的交通量。本文的交通量调查还涉及车辆的荷载参数。限于目前的客观条件,本文采用现场人工观测加查阅车辆技术手册的简便方法,步骤如下。

1)正式调查前,在现场作初步观察,了解即将出现的车辆类型。根据现场观察的结果和参考一些车辆技术手册中的图片及数据,了解清楚车辆载重情况并对车辆进行分类。

2)正式调查时,在21 d的时间内,对桃浦路的车辆进行分类统计,用时60 h,共统计车辆76 000余辆,其中用于分析模型的货车统计数量达2 280辆、客车统计数量达73 720辆。

3)调查完成后,依据有关车辆技术手册以及相关规范,确定各种车辆的载重。

另外,为了达到简化模型的目的,本文采用车重代替轴重等荷载参数的方法,建立荷载模型。

根据调查分析的实际车辆状况数据,可以得到车辆重量及交通量的一些统计参数值,进而得到分析疲劳的随机疲劳荷载谱,主要包括随机车重p和随机车辆间距x2个部分(见图2)。

2 随机车重p样本的模拟

2.1 随机车重p样本的模拟方法

假设每个随机车重是独立同分布的随机变量p和p的概率密度函数f(p),则累积概率分布函数F(p)见式(1)。

求其反函数就可以将随机车重表示为

根据前面的车重调查,可以得到不同车重出现的频率。当调查的车辆数足够多时,可以用车重出现的频率分布近似作为车重p的概率密度函数f(p),由式(1)求得车重累积概率分布函数F(p)。

根据蒙特卡罗理论,认为F(p)在[0~1]区间上服从均匀分布的随机变量,用ξ表示。对应于ξ的随机车重p可以用F(p)的反函数F-1(p)由式(2)求得。根据该方法,反复产生[0~1]区间上服从均匀分布的随机变量ξi,由式(2)可以求得服从概率密度函数为f(p)的随机车重样本pi。

2.2 货车随机车重的模拟

将所有货车车重资料汇总,根据实测的货车车重,作出货车车重概率密度分布图,如图3所示。

鉴于较难准确地找到符合的分布类型,为了很好地模拟随机车重的概率分布,并且考虑到其多峰分布的特点,采用分段多项式拟合货车车重累积分布函数的反函数,可以求得的货车车重累积概率分布与实际统计值比较两者偏差很小。

2.3 客车随机车重的模拟

将所有客车车重资料汇总,根据实测的客车车重,作出客车车重概率密度分布图,如图4所示。

由于较难找到简单的理论概率分布函数,采用与模拟货车车重同样的数值方法来拟合得到客车车重,求得的客车车重累积概率分布与实际统计值比较如图5所示,两者偏差极小,几乎为零。由此可以很好地模拟客车车重的随机样本。

3 随机车辆间距的模拟

3.1 计算方法

假设车辆荷载随机过程可以用Poisson过程来描述,当车辆荷载随机过程为滤过复合Poisson过程时,车辆出现的时间间隔t服从指数分布,则其概率密度分布函数为

式中:λ=1/μt,μt为车辆平均时间间隔。

由式(3)的反函数求出时间间隔t的概率表达式为

假设ξ为F(t)[0~1]区间上服从均匀分布的随机变量,根据蒙特卡罗理论,服从指数分布的时间间隔的随机样本可以由式(5)求得。

假设车辆速度为v,由式(5)可以得到车辆间距x表达式见式(6)。

3.2 车流量、车辆平均时间间隔与平均车辆速度

根据当前交通量调查资料、《曹安公路拓宽改建工程可行性研究报告》、《桃浦路道路规划及交通量预测工可》认为,当前平均车流量30 400 pcu/d,远期预计车流量将提高30%,即远期预计平均车流量39 520 pcu/d。

上述的流量数据为蕴藻浜大桥4车道的总预计流量,假设每个车道的车流量服从均匀分布,则单车道的平均日流量q的表达式见式(7)。

式中:Q为通过桥梁的平均日总流量。

根据平均日流量q可以由式(8)求得车辆平均时间间隔:

蕴藻浜大桥设计车速80 km/h,但随着交通量的增加或周边交通组织的变化,行车速度会随之降低。

3.3 车辆间距分布

当车辆平均时间间隔和车速已知时,根据蒙特卡罗理论由式(6)可以求得相应的车辆间距样本。根据实际调查平均日交通量和设计车速计算得到的车辆间距概率密度分布见图6。

根据以上分析,可以得到随机车重p和随机车辆间距x,也即可以得到随机疲劳荷载谱。

4 结语

通过对蕴藻浜大桥周边地区交通量及汽车载重资料的统计分析,表明利用蒙特卡罗方法模拟概率分布产生随机车辆荷载模型可以得到比较完整的荷载频谱,进而可用于该桥的疲劳分析。

摘要：疲劳荷载谱的研究是钢桥疲劳分析的基础。通过对蕴藻浜大桥路段交通情况的实地调查,得到车辆重量及交通流量的一些统计参数值,并利用统计学蒙特卡罗理论及数据拟合的方法得到随机疲劳荷载谱。它为分析嘉定蕴藻浜大桥的疲劳应力提供理论基础。