[發明專利]基于預應力修正的復雜管路結構疲勞損傷評估方法和系統

在審

• 申請號: 202110735989.0
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113591272A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 李丁丁;劉文川;武園浩;衛強;穆俊宇;曹文利;稅曉菊;周冠宇;李林;王儒文;肖耘;吳義田;宋征宇;張萌;胡輝彪;朱錫川;張雋寧;霍毅;殷明霞;劉艷;張翼
• 申請（專利權）人: 北京宇航系統工程研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C60/00;G16C10/00;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

1.一種基于預應力修正的復雜管路結構疲勞損傷評估方法，其特征在于，包括：

對復雜管路結構的動強度危險點進行識別；

通過隨機響應分析，確定動強度危險點的應力譜密度曲線G(f)；

根據動強度危險點的應力譜密度曲線G(f)，解算得到隨機響應信號的峰值穿越率E(p)和應力幅值S的概率密度函數p(S)；

考慮材料性質和振動環境，對復雜管路結構的預應力進行修正，得到修正后的預應力σ_z；

根據隨機響應信號的峰值穿越率E(p)、應力幅值S的概率密度函數p(S)和修正后的預應力σ_z，計算得到修正后的復雜管路結構的隨機振動疲勞損傷；

根據得到的修正后的復雜管路結構的隨機振動疲勞損傷，判斷動強度危險點是否發生隨機振動疲勞破壞。

2.根據權利要求1所述的基于預應力修正的復雜管路結構疲勞損傷評估方法，其特征在于，對復雜管路結構的動強度危險點進行識別，包括：

對復雜管路結構建立有限元模型并進行模態分析，得到結構的模態向量；

利用模態向量計算結構在單位載荷激勵下的振動響應，進而得到系統的傳遞函數；

根據系統傳遞函數，結合隨機振動激勵計算管路結構的應力響應，對管路結構的動強度危險點進行識別。

3.根據權利要求1所述的基于預應力修正的復雜管路結構疲勞損傷評估方法，其特征在于，根據動強度危險點的應力譜密度曲線G(f)，解算得到隨機響應信號的峰值穿越率E(p)和應力幅值S的概率密度函數p(S)，包括：

根據動強度危險點的應力譜密度曲線G(f)，計算得到結構應力譜密度響應的n階譜矩M_n：

其中，f表示振動頻率，n的取值為0，1，2，4；

則，隨機響應信號的峰值穿越率E(p)和應力幅值S的概率密度函數p(S)分別為：

其中，D₁、D₂、D₃、Z、Q、R均為中間過程量；M₀、M₂和M₄分別表示結構應力譜密度響應的0、2和4譜矩。

4.根據權利要求3所述的基于預應力修正的復雜管路結構疲勞損傷評估方法，其特征在于，

D₃＝＝1-D₁-D₂

5.根據權利要求3所述的基于預應力修正的復雜管路結構疲勞損傷評估方法，其特征在于，考慮材料性質和振動環境，對復雜管路結構的預應力進行修正，得到修正后的預應力σ_z，包括：

確定復雜管路結構的初始預應力值σ_z0、材料屈服強度σ_s；

若σ_z0+S≤σ_s，則修正后的預應力為：σ_z＝σ_z0；

若σ_z0+S＞σ_s、且S≤σ_s，則修正后的預應力為：σ_z＝σ_s-S；

若S＞σ_s，則修正后的預應力為：σ_z＝0。

6.根據權利要求5所述的基于預應力修正的復雜管路結構疲勞損傷評估方法，其特征在于，根據隨機響應信號的峰值穿越率E(p)、應力幅值S的概率密度函數p(S)和修正后的預應力σ_z，計算得到修正后的復雜管路結構的隨機振動疲勞損傷，包括：

當σ_z0σ_s時，修正后的復雜管路結構的隨機振動疲勞損傷D_L為：

其中，T表示隨機振動時間，σ_b表示材料強度極限，m表示疲勞曲線參數，C表示疲勞曲線常數。