[發(fā)明專利]基于預(yù)應(yīng)力修正的復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)疲勞損傷評(píng)估方法和系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110735989.0
• 申請(qǐng)日: 2021-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN113591272A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李丁丁;劉文川;武園浩;衛(wèi)強(qiáng);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(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京宇航系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G16C60/00;G16C10/00;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

本發(fā)明公開了一種基于預(yù)應(yīng)力修正的復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)疲勞損傷評(píng)估方法和系統(tǒng)，該方法包括：對(duì)復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)的動(dòng)強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別；確定動(dòng)強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力譜密度曲線G(f)；解算得到隨機(jī)響應(yīng)信號(hào)的峰值穿越率E(p)和應(yīng)力幅值S的概率密度函數(shù)p(S)；考慮材料性質(zhì)和振動(dòng)環(huán)境，對(duì)復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行修正；計(jì)算得到修正后的復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動(dòng)疲勞損傷；根據(jù)得到的修正后的復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動(dòng)疲勞損傷，判斷動(dòng)強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)是否發(fā)生隨機(jī)振動(dòng)疲勞破壞。本發(fā)明可根據(jù)隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力幅值和材料屈服強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力進(jìn)行合理等效，從而充分考慮到其對(duì)振動(dòng)疲勞壽命的影響，并對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力進(jìn)行合理修正，給出結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)是否發(fā)生振動(dòng)疲勞破壞的量化判據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于運(yùn)載火箭技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于預(yù)應(yīng)力修正的復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)疲勞損傷評(píng)估方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

運(yùn)載火箭領(lǐng)域使用的管路在工作過程中要承受內(nèi)壓、高低溫、位移、振動(dòng)等載荷，力學(xué)環(huán)境和邊界條件復(fù)雜，結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞破壞是其主要失效形式之一。結(jié)構(gòu)的振動(dòng)疲勞涉及結(jié)構(gòu)振動(dòng)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、隨機(jī)振動(dòng)以及結(jié)構(gòu)疲勞等多個(gè)學(xué)科，疲勞壽命評(píng)估需要結(jié)合材料疲勞壽命曲線選擇合適的疲勞損傷度模型。

對(duì)于非對(duì)稱循環(huán)載荷的情況，如何衡量材料性質(zhì)和振動(dòng)環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)等效預(yù)應(yīng)力的影響是解決結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)估問題的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于預(yù)應(yīng)力修正的復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)疲勞損傷評(píng)估方法和系統(tǒng)，可根據(jù)隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力幅值和材料屈服強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力進(jìn)行合理等效，從而充分考慮到其對(duì)振動(dòng)疲勞壽命的影響，并對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力進(jìn)行合理修正，給出結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)是否發(fā)生振動(dòng)疲勞破壞的量化判據(jù)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種基于預(yù)應(yīng)力修正的復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)疲勞損傷評(píng)估方法，包括：

對(duì)復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)的動(dòng)強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別；

通過隨機(jī)響應(yīng)分析，確定動(dòng)強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力譜密度曲線G(f)；

根據(jù)動(dòng)強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力譜密度曲線G(f)，解算得到隨機(jī)響應(yīng)信號(hào)的峰值穿越率E(p)和應(yīng)力幅值S的概率密度函數(shù)p(S)；

考慮材料性質(zhì)和振動(dòng)環(huán)境，對(duì)復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行修正，得到修正后的預(yù)應(yīng)力σ_z；

根據(jù)隨機(jī)響應(yīng)信號(hào)的峰值穿越率E(p)、應(yīng)力幅值S的概率密度函數(shù)p(S)和修正后的預(yù)應(yīng)力σ_z，計(jì)算得到修正后的復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動(dòng)疲勞損傷；

根據(jù)得到的修正后的復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動(dòng)疲勞損傷，判斷動(dòng)強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)是否發(fā)生隨機(jī)振動(dòng)疲勞破壞。

在上述基于預(yù)應(yīng)力修正的復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)疲勞損傷評(píng)估方法中，對(duì)復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)的動(dòng)強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，包括：

對(duì)復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)建立有限元模型并進(jìn)行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)向量；

利用模態(tài)向量計(jì)算結(jié)構(gòu)在單位載荷激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng)，進(jìn)而得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；

根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)，結(jié)合隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)計(jì)算管路結(jié)構(gòu)的應(yīng)力響應(yīng)，對(duì)管路結(jié)構(gòu)的動(dòng)強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別。

在上述基于預(yù)應(yīng)力修正的復(fù)雜管路結(jié)構(gòu)疲勞損傷評(píng)估方法中，根據(jù)動(dòng)強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力譜密度曲線G(f)，解算得到隨機(jī)響應(yīng)信號(hào)的峰值穿越率E(p)和應(yīng)力幅值S的概率密度函數(shù)p(S)，包括：

根據(jù)動(dòng)強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力譜密度曲線G(f)，計(jì)算得到結(jié)構(gòu)應(yīng)力譜密度響應(yīng)的n階譜矩M_n：

其中，f表示振動(dòng)頻率，n的取值為0，1，2，4；

則，隨機(jī)響應(yīng)信號(hào)的峰值穿越率E(p)和應(yīng)力幅值S的概率密度函數(shù)p(S)分別為：