[發明專利]一種頻域下寬帶多軸隨機振動壽命預測方法

在審

• 申請號: 202110322869.8
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113094640A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 尚德廣;王松光;吳少東;苗彬;侯庚;夏禹;尹翔
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14;G06F17/18;G06F17/15;G01M7/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種頻域下寬帶多軸隨機振動壽命預測方法，涉及到寬帶隨機振動試驗的數據采集、處理及壽命計算，屬于材料在隨機振動載荷下的疲勞性能領域。本發明拋棄了以往危險點應力張量引申計算多軸應力功率譜矩陣的方法，采取振動方向對應響應組合新的應力功率譜密度矩陣，同時修正了窄帶近似法對于寬帶高斯應力過程給出了過于保守的壽命估算結果，引入帶寬修正系數。該方法能很好的計算寬帶多軸隨機振動壽命。

技術領域

本發明應用于頻域下寬帶隨機多軸振動疲勞壽命預測領域，特指一種考慮各自振動方向響應的疲勞壽命預測方法。

背景技術

無論是船舶、重型機械或是近來備受關注的高超音速飛行器，都要求很多構件的疲勞壽命在10⁷以上，使用傳統的時域方法，將帶來超長的設計、試驗、測試時間投入，過于耗費時間成本；頻域法需要的數據樣本小，數據處理量少，在工程中實用性更廣。

許多結構在其工作年限內，承受的不僅僅是單方向的載荷，由于外界環境的隨機性和復雜性以及加載歷史的多樣性，導致其承受的更多的是多軸載荷的作用，所以研究多軸應力狀態下的疲勞壽命預測方法更加具有意義。本文課題就是在頻域中對多軸隨機振動載荷下結構的疲勞壽命預測，這對于機械耐久性設計有十分重要的意義。

發明內容

本發明目的在于基于符合真實多軸隨機振動工況下，提出頻域下的寬帶多軸隨機振動疲勞壽命的預測方法，提高頻域方法預測疲勞壽命的準確性。現如今大多方法針對多軸振動都是測危險點處的一點應力張量然后引申為多軸應力，一點處應力張量無法完全反映出多軸的也不能保證只有一個危險點，該種計算方法在輸入參量時即產生誤差。本文考慮了多軸真實響應數據的采集，同時考慮了多軸信號的相關性，將其作為計算參量，提出了更加準確的壽命預測方法。

本發明提供的頻域下寬帶多軸隨機振動的壽命預測方法，其步驟為：

步驟1)對試件進行多軸隨機振動試驗，多軸試件為對稱設計，在實驗中轉化成了兩個方向的彎矩問題，將兩方向彎矩產生的響應作為輸入參量進行直接計算。

步驟2)兩激振方向應力響應信號功率譜的獲取，此兩方向的應力為試件破壞的主要原因，我們取其中一段時間的時域數據，將其轉化為應力時域數據，對其取自相關函數，然后對自相關函數進行連續傅里葉變換即可得到雙邊功率譜密度，由于考慮頻率無負數，我們將負頻率功率譜密度折合到正頻率，即可得到應力響應的單邊功率譜密度，其中自相關函數，傅里葉函數，單邊功率譜密度函數表達式分別為：

步驟3)兩方向響應信號相關功率譜的獲?。喝煞较蝽憫盘柣ハ嚓P函數，然后對互相關函數進行連續傅里葉變換即可得到雙邊功率譜密度，然后再轉化成單邊功率譜密度，互相關函數表達式為。

步驟4)將求取的響應功率譜密度函數組成新的功率譜矩陣G，并利用擬合的多軸等效單軸系數矩陣Q_σ轉化為等效功率譜矩陣G_σeq

G_σeq＝Q_σG(Q_σ)^T

步驟5)利用求得的等效功率譜密度矩陣計算譜參數，譜距計算公式為：

步驟6)計算窄帶分步法的概率密度函數，窄帶近似法對于寬帶高斯應力過程給出了過于保守的壽命估算結果，我們對其進行帶寬修正。

D_α＝λ_αD_NB