随机谱下结构加速疲劳试验的新方法研究

随机谱下结构疲劳试验在结构寿命评定中具有举足轻重的地位，现有疲劳试验方法难以满足研制周期的需求，必须寻求新的加速疲劳试验方法以缩短试验时间。以大型结构中最具代表性的军用飞机结构为研究对象，通过对大量载荷-时间历程数据的分析处理，建立载荷谱分散的描述方法和分析模型，采用数值模拟和疲劳分析确定载荷谱损伤分散特性，深入探讨载荷谱分散对疲劳寿命的影响规律，建立综合考虑结构特性分散和载荷谱分散的寿命可靠性分析方法；探讨通过外推nz加重载荷谱损伤以加速疲劳试验的可行性，研究不同严重程度的载荷谱对疲劳损伤的影响机理，建立加速疲劳试验方法的选取准则，提出加速模型，获取加速系数，编制加速试验谱，进行飞机结构模拟试件的疲劳试验验证。提出随机谱下结构加速疲劳试验的新方法。

全尺寸疲劳试验(FSFT)是飞机结构定寿的核心内容，对保证飞机结构的安全性和经济性具有举足轻重的作用。现代先进飞机的研制周期约10年-20年，但目前FSFT周期往往在5年以上，严重影响了飞机研制进度。为此，迫切需要建立一种加速疲劳试验方法。本项目以此为背景，通过对载荷谱分散性、加速谱选取方法和加速载荷编制方法等方面的深入研究，提出了一种随机谱下的加速疲劳试验方法，该方法可缩短飞机结构FSFT周期30%以上，对保证飞机结构的研制周期具有十分重要的理论和实用价值。取得的研究成果如下： . 首先，提出了基于过载-超越数曲线和载荷谱损伤描述载荷谱分散性的2类3种方法，全面建立了载荷谱分散性的多个随机变量模型，依次为基于指定过载的超越数随机变量模型、指定超越数的过载随机变量模型和载荷谱损伤分散的随机变量模型。深入探讨了载荷谱损伤分散性描述方法，通过对国内外大量飞机过载-超越数曲线的统计分析，给出了指定过载下超越数可用对数正态分布描述，指定超越数下过载可用正态分布描述以及载荷谱损伤可用对数正态分布描述的结论。并进行了某型飞机5个单机谱下的成组疲劳试验，验证了机群载荷可采用对数正态分布描述的结论。. 其次，首次提出了加速谱选取原则及确定方法。明确指出机群寿命分散主要包括载荷谱分散和结构特性分散，建立了机群寿命分布的条件概率模型，推导得到了机群寿命分布特性表达式。建立加速谱的选取原则，给出了加速谱应满足的具体要求，推导得到了加速谱严重程度表达式。结合目前关于飞机结构的可靠度要求和分散系数取值，给出了加速谱严重程度的计算结果。在此基础上，构建了加速模型，给出了加速系数的表达式。. 最后，提出了基于过载-超越数曲线和代表起落法的加速谱编制方法。通过外推超越数或过载获取加速谱过载-超越数包线，采用均值法编制加速谱；通过选取典型的代表起落，采用代表起落法编制加速谱。并结合典型的飞机型号，编制得到了加速谱和平均谱，进行了典型试片的成组疲劳试验，试验结果表明，加速谱的损伤是平均谱损伤的1.5-2.0倍，验证了加速谱的加速效果。