结构振动疲劳技术-姚起杭老师讲义.pptVIP

结构振动疲劳技术 西北工业大学振动冲击噪声工程技术中心 姚起杭; 目 次 一、概述 1.1 引言 1.2 结构振动疲劳问题的提出 1.3 振动疲劳的定义 1.4 工程中的振动疲劳问题举例 1.5 振动疲劳问题的特点及其与静态疲劳的区别 1.6 有关飞机设计规范中关于振动疲劳的规定 二、振动疲劳分析方法 2.1 振动破坏类型分析 2.1.1 振动疲劳破坏 2.1.2 振动峰值破坏（多次穿越破坏） 2.2 结构振动疲劳寿命计算 2.2.1 随机振动应力计算 2.2.2 适用的振动疲劳曲线 2.3 一般结构的振动疲劳寿命计算 2.3.1 周期振动 2.3.2 随机振动 2.3.3 简单结构振动疲劳计算举例 2.4 薄壁结构的振动疲劳寿命计算 2.4.1 共振频率计算 2.4.2 确定细节声额定强度DSR 2.4.3 确定相关任务状态及时间 2.4.4 确定应力循环次数 2.4.5 振动疲劳应力计算 2.4.6 振动疲劳损伤计算;一、概述 1.1 引言 振动是物质运动的普遍形式之一，它是物体相对于一定位置的往复运动现象。 振动有很多危害但也有一些有利的应用。 振动的危害主要表现为： ? 仪器、设备的工作失灵问题； ? 人员的工效性和健康损失问题； ? 结构的振动强度--——主要是振动疲劳问题； ? 复杂设备、系统的振动可靠性问题。 . 振动产生噪声污染环境。;; 一下面介绍的振动疲劳技术总结了笔者在这方面的研究和应用成果，将从定义到分析方法、设计方法、试验技术等方面给出完整的使用方法以便工程人员直接掌握应用，应当指出在传统的疲劳问题中有很大一部分本来就是振动疲劳向题，应当改按本文介绍的方法进行处理，才能更好的符合客观实际并创造更好的经济效益。;1.2 结构振动疲劳问题的提出 蒸汽机车发明后，十九世纪中叶，人们发现机车车轮结构可以在远小于其静强度极限应力下发生破坏——因而研究提出了常规的疲劳问题。人们也发现，在结构共振频率下，比一般疲劳载荷小得多的载荷就能使结构产生振动破坏。 上世纪六十年代，S.H.Crandall及W.D.Mark在他们所著“机械系统的随机振动”一书中，首次将振动疲劳描述为是一种不可逆的具有损伤累积性质的振动破坏；显然，这不是一个说明问题本质的定义。 随后在许多文献、书籍甚至标准、规范中都常常出现“振动疲劳”一词，但都没有很好解释。;1.3 振动疲劳的定义 我们基于长期研究实践提出以下定义： 振动疲劳（或称动态疲劳）是指结构承受的动态载荷（振动、冲击、噪声）的频率分布与结构固有频率分布具有交集或相接近引起结构共振所产生的疲劳破坏。 由此定义可见： 1）振动疲劳属于常规疲劳问题的一个分支，其另一部分可以称之为静态疲劳问题。 2）声疲劳及冲击引起的疲劳都是由于激起结构共振而产生的疲劳，可以统一为振动疲劳问题或称为动态疲劳。因此声疲劳除载荷形式不同外其计算和试验技术也完全可以和振动疲劳一样。 3）结构非共振响应如外部振动力（频率不与共振频率接近）并没有激起共振而发生的疲劳破坏，仍应按静态疲劳问题处理。;1.4 工程中的振动疲劳问题举例 1）××飞机液压导管振裂，导致烧毁飞机 查明原因：该导管固有频率为535~537Hz，而液压泵工作频率528~540Hz，激起导管共振破坏。 2）××飞机加力燃油总管振裂、喷油，导致后机身烧毁。 查明原因： 燃油总管在支撑下的管道共振频率与发动机某一频率接近导致破坏。 3) ××飞机火箭挂梁裂纹 查明原因：火箭悬挂频率为6.88Hz，而机翼有6.70Hz的一个共振频率，在着陆、滑行、阵风时机翼的振动响应引起火箭（类似于动力吸振器）的较大共振导致破坏。 4) ××飞机炮架结构裂纹 查明原因：该航炮连发频率为22.5Hz，炮架结构共振频率与连发频率的四倍频一致，导致破坏。;1.5 振动疲劳问题的特点及其与静态疲劳的区别 1.5.1 结构共振是结构质量、刚度、阻尼力与外力综合平衡的频域变化特征量，这时阻尼力分布是决定外力振动结构响应大小及其破坏的关键因素；而静态疲劳既不考虑共振也不考虑阻尼。 1.5.2 实践中的振动疲劳破坏多发生在结构局部，因而它主要由结构局部的共振特性有关，同时还与局部的加工特