[發明專利]一種多軸非比例載荷下剪應力幅值計算方法

有效

• 申請號: 201810324840.1
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108733879B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 王英玉;馬笑笑;王文軒;姚衛星
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F119/14;G06F119/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種多軸非比例載荷下剪應力幅值計算方法，即最大非比例系數法(MNFM)。多軸非比例載荷下，材料平面上的剪應力矢量方向和大小都是隨著時間不斷變化的，在一個多軸非比例循環載荷作用下，剪應力矢量端將描繪出一條跡線。因此，在多軸非比例載荷下，確定剪應力幅值是常困難的。本發明通過坐標轉換，得到平面上的剪應力時間歷程；用離散的點描述平面上剪應力矢量端所描繪的跡線；定義面上的q方向，將剪應力矢量端跡線向q方向投影，得到面上的最大投影LP；引入非比例度系數；應用MNFM公式得到面上的剪應力幅值；對經過坐標原點的所有平面進行上述計算，所有材料平面上的剪應力幅值中的最大值即為多軸非比例載荷下的剪應力幅值。

技術領域

本發明屬于航空系統技術領域，具體指代一種多軸非比例載荷下剪應力幅值計算方法。

背景技術

隨著航空事業的發展，新型航空器越來越多地呈現出飛行空域遼闊、飛行速度提高、飛行壽命延長等特點，對于安全性和經濟性的要求也越來越高。研究表明，疲勞破壞是結構失效的主要原因之一，尤其是多軸疲勞失效。在機械零件失效中大約有80％以上屬于疲勞破壞。由于疲勞破壞前往往沒有明顯的變形征兆，因此往往容易導致重大事故的發生。目前工程應用中的多軸疲勞問題往往采用將其簡化為單軸疲勞的形式來進行處理，這樣大大簡化了計算步驟，但也導致疲勞壽命預測與真實壽命之間相差過大，降低了疲勞壽命預測的參考價值。因此，研究結構件在多軸加載下的疲勞壽命，尋找更準確更精簡的疲勞壽命預測方法仍然是當前工程中主要課題。

在多軸疲勞損傷預測中，計算材料平面上的剪應力幅值是疲勞研究最基本，同時也是非常關鍵的問題之一。在真實的多軸疲勞加載過程中，部件所受到的載荷往往是變幅載荷，甚至是隨機載荷。如圖1所示，在一個循環的復雜加載過程中，應力向量S_n描繪了一個封閉的曲線Ψ′，其中應力向量S_n可以分解為正應力向量σ_n和剪應力向量τ,正應力σ_n只改變其大小，不改變方向。因此它的幅值和均值都較容易確定。然而，剪應力向量τ的大小和方向往往是隨時間變化的，τ的尖端描繪了一個封閉的曲線Ψ，由于該曲線的形狀隨著外載荷的變化而變化，因此確定剪應力的幅值和均值都是一個復雜的問題。

發明內容

針對于上述現狀，本發明的目的在于通過引入一個反映剪應力曲線非比例程度的因子，對于傳統的最大投影法進行修正，使之適用于非比例載荷的情況。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的一種多軸非比例載荷下剪應力幅值計算方法，包括步驟如下：

(1)定義疲勞危險點O，并將其設為坐標原點；定義直角坐標系Oxyz；定義平面Δ；定義面Δ上的局部坐標系Ouv；

(2)輸入多軸應力加載歷程；

(3)對于給定的平面經過坐標轉換，將O點上的應力的空間矢量投影到所研究的面Δ₀內，得到在多軸非比例載荷下材料在面Δ₀上的剪應力矢量隨時間變化歷程；

(4)用離散的點描述這一材料在面Δ₀上剪應力矢量端在一個多軸非比例循環載荷下所描繪的跡線；

(5)在面Δ₀上定義方向q，設方向q與u軸正方向夾角為γ_i，γ_i∈[0°，180°]，將上述跡線上各個離散的點投影到q方向上，所有投影點中最遠的兩個點的距離設為LP_γi，使γ_i的值在0°到180°之間逐漸變化，得到Δ₀面上與局部坐標軸u軸之間夾角為0°到180°之間任意角度方向上的LP_γi，取最大投影為平面Δ₀的剪應力投影；