基于考核目标等效的试验载荷处理方法

在全尺寸结构强度试验中，需将原始理论载荷转化为试验实施载荷，载荷处理的结果直接关乎着试验考核的真实性和有效性。传统的载荷处理方法基于载荷等效，载荷处理完成后再对比数值分析结果，这种开环的载荷处理方法遇到复杂结构和载荷时通常效率和精度都大打折扣。提出了一种基于考核目标等效的试验载荷处理方法，将数值仿真分析结合到载荷处理过程中，搭建一种载荷优化设计-试验态分析-考核目标评估的闭环架构，以结构目标响应为评估判据和优化目标，结合灵敏度分析、遗传算法等智能优化算法，搜索试验态载荷最优解，大幅提高了载荷处理的效率和精度。在此基础上，基于MATLAB GUI平台开发了载荷处理软件，模块化地实现了灵敏度分析、载荷-响应矩阵计算、载荷优化设计等功能。将基于考核目标等效的载荷处理方法成功应用到某飞机升降舵结构载荷处理中，实现了试验考核目标响应误差精准控制。     

飞机冲击载荷等效静载的确定方法研究

如何确定冲击载荷的等效静载对飞机结构的强度设计和验证具有重要意义。基于经典冲击载荷时域曲线后峰锯齿波、单自由度冲击动响应理论和位移等效原则，建立冲击载荷动态缩放系数求解公式；基于三角函数不等式关系，推导出动态缩放系数与冲击载荷作用时间、结构固有频率乘积的函数关系。建立求解冲击载荷等效静载方法的实施流程；以简化拦阻钩系统的冲击和缩比模型的水上迫降为例，对所提方法的有效性进行验证。结果表明：拦阻冲击载荷动态缩放系数的理论估计值与仿真计算值的相对误差小于4%，水上迫降等效静压与选用的设计压力相对误差为0.9%，所建立的动态缩放系数的理论计算公式精度较高，所提方法可供工程相关应用参考。     

等效载荷的Haigh修正方法

本文在不同材料疲劳试验结果的基础上,分析了不同材料的平均载荷对疲劳交变载荷的影响,其等效载荷的修正呈现出不同的曲线线性.文中通过引入Haigh系数,统一了等寿命曲线分析中等效载荷的Goodman/Soderberg/Gerber修正方法,并给出不同材料平均载荷对等效载荷影响的修正曲线的系数.     

基于损伤等效的多轴疲劳试验谱编制研究

针对多轴载荷下多危险点单轴应力破坏模式,以损伤等效为基础,提出了一种多轴载荷下的疲劳试验载荷谱编制方法.该方法首先对最危险点处的应力应变历程进行雨流计数,对得到的应力应变循环按幅值进行分组统计,再根据损伤等效原则对各组进行循环载荷搜索,最后将各组搜索到的包含一定次数的循环载荷按顺序连接起来,即为疲劳试验谱.试验结果分析表明,该方法定量地保证了试验载荷谱与原载荷谱的疲劳损伤一致,操作简单可行.      

单晶高温合金低循环疲劳寿命的三维应力应变模型

将正交各向异性材料屈服函数中的等效应力的概念进行了推广,给出了单晶材料在三维交变载荷作用下疲劳损伤等效应力幅和等效塑性应变幅的计算公式。用等效应力幅和等效塑性应变幅对单向应力作用下的低循环疲劳寿命模型进行修正,提出了一种单晶材料在三维交变载荷作用下的低循环疲劳寿命模型。用所提出的三维低循环疲劳寿命模型预测了单晶材料PWA1480的低循环疲劳寿命,同时与试验结果进行了比较。     

基于缩比模型的薄壁结构声振响应等效研究

声振试验是研究强噪声作用下结构动力学响应的一种有效方法。然而，高声强、宽频率噪声环境的试验室模拟是声振试验面临的挑战之一。为了降低声振动试验对严酷噪声环境的依赖性，本文提出了一种等效方法。根据该等效方法，缩比模型在等效外力作用下，可获得和全尺寸结构完全一致的结构响应。提出的等效方法可以评估不同类型的噪声激励，包括集中力、点声源、面声源和混响声场等激发的结构振动，而不需要模拟更宽频率的外激励。为了验证该等效方法的可靠性，研究对不同方法，包括数值计算、地面试验和等效方法等获得的结构频域响应结果进行对比，对比结果表明基于缩比模型的等效方法能准确地预测全尺寸结构的动载荷响应。此外，本研究还讨论了不同支撑边界和材料效应对等效方法的影响，进一步扩展了等效方法的适用范围。     

飞机结构疲劳试验载荷优化分配

现代飞机结构设计，对全尺寸结构疲劳试验的技术及精确性要求也越来越高。正确施加疲劳载荷，尽可能准确地反映结构真实内力是至关重要的。国内的载荷优化分配研究尚处于初步研究及技术实施阶段。依据试验加载的试验条件和杠杆分配原理，按照主承力切面内力高精度控制原则，通过区域划分，疲劳试验载荷谱优化、加载点载荷等效及误差评估，来实现整个优化过程，并进行了程序开发。     

减速器等效试车大纲瞬态循环次数的当量计算研究

直升机传动系统主、尾减速器等传动部件的寿命考核,大量采用等效试车方法进行,对试车大纲中的瞬态载荷循环次数的当量处理是编制大等效比试车大纲的主要困难。本文采用MINER线性累积损伤法则,提出了一种有效的处理方法。并在Z9国产化尾减速器的1:1长试大纲的编制和考核中得到成功的应用。     

用于变体飞行器的波纹板等效强度模型及其优化设计

变体飞行器的结构既需要改变气动外形，也需要传递载荷。针对一种变体翼尖的设计需要，使用能量方法，构建了等效力学模型。在实现对波纹板刚度特性等效替代的同时，获得了波纹板整体应变与结构内局部应变的转换关系，从而可以通过对波纹板局部材料进行失效判定，实现对波纹板整体失效应变的预测；经过实验验证，该等效力学模型的解析解与实验值相比平均误差在10%以内。通过对波纹板几何尺寸进行参数分析，获得了单元几何参数对波纹板失效应变和等效刚度的影响关系。最终，针对变体飞行器承载与变形的设计需要，对波纹板进行了优化设计，进一步评估了波纹板结构的强度与刚度特性，为变体翼尖的设计提供了依据。     

复杂机构设计中的载荷敏感性分析

设计复杂机构,涉及的载荷种类往往很多,为达成设计目的,每一载荷的敏感性均应进行分析,并完成作用力等效综合。载荷敏感性分析目的是找出机构中对实现功能会造成较大影响的载荷因素,通过作用力等效综合,回答系统在全工作包线内能否满足设计需求,以保证机构功能顺利实现。以某型飞机前起落架机构设计为例,对其运动过程中的各种载荷进行了敏感性分析,再现了实际工作中出现的问题,并提出解决方案,体现了载荷敏感性分析在复杂机构设计中的应用和重要性。     

基于疲劳-蠕变载荷等效转换的涡轮盘载荷谱编制及寿命预测

针对雨流计数法在峰谷值提取时进行等值压缩,忽略保载时间的问题进行了改进,提出了一种基于损伤曲线的疲劳-蠕变载荷等效转换方法。利用非线性疲劳损伤累积函数和损伤等效原则,建立了不同应力水平、不同保载时间下疲劳-蠕变载荷与疲劳载荷之间的等效换算模型。利用涡轮盘材料试验数据,计算了不同循环加载条件下的等效换算比,得到了其随保载时间的变化规律。利用改进的雨流计数法,编制了航空发动机高压涡轮盘载荷谱,并将其与寿命-时间分数预测法相结合,得到了涡轮盘剩余寿命。结果表明,改进的雨流计数法综合考虑了疲劳-蠕变耦合损伤对涡轮盘寿命造成的影响,相比于传统雨流计数法,寿命预测误差降低了15.02%,验证了该方法的有效性。     

行星齿轮系统载荷分配行为机理及影响因素分析

将中心构件轴承弹性变形和太阳轮-行星轮-内齿圈支路的弹性变形分别集中在行星架轴承和行星轮轴承中心得到行星齿轮系统的等效模型,并采用行星架刚体运动来模拟行星齿轮系统的载荷分配行为,从而得到行星齿轮系统的载荷分配求解模型.在此基础上得到了载荷分配与轴承等效刚度、各种误差之间的定量关系,分析了各种影响因素对载荷分配的影响规律.结果表明:当行星架轴承与行星轮轴承的等效刚度相差2个数量级以上时,载荷分配只与行星轮轴承等效刚度和行星轮切向位置误差有关,减小行星轮切向位置误差和行星轮轴承等效刚度可实现均载;行星轮和太阳轮偏心误差使系统受到周期性激励,动态载荷系数增大,因此减小行星轮和太阳轮偏心误差可实现动态均载.     

温度参数下轴编C/C复合材料的超高温热结构性能分析

为了研究轴编碳/碳（C/C）复合材料的超高温热结构性能,开展了2800℃超高温载荷下复合材料的拉伸实验,表征了复合材料组分材料的高温失效形貌;提出了立方体单胞和正六棱柱单胞的温度周期性边界条件的算法和预测复合材料等效热结构参数的方法,在材料属性各向同性正六棱柱单胞模型上验证了方法的正确性;最后建立了轴编C/C复合材料的代表性体积单元,计算了复合材料随温度载荷变化下的等效热结构参数,与实验数据进行了对比分析。分析表明：开展的轴编C/C复合材料的超高温拉伸实验,可以得到复合材料在2800℃载荷下复合材料的等效刚度值,同时分析了轴向试件和径向试件的高温失效机理,径向试件的纤维束拉伸强度对复合材料的径向拉伸强度起到决定性的作用。在应用位移以及温度周期性边界条件的基础上,提出的方法可以得到随温度载荷变化下复合材料的等效热结构参数,得出复合材料在横向满足近似各向同性的特性,预测结果表明只改变温度参数下复合材料的等效热导率不会发生改变。提出的方法同样也适用于其他编织复合材料的热结构性能研究。     

附加阻尼环的航空齿轮强迫响应分析方法

为了避免航空齿轮振动过大导致齿轮辐板破裂,在齿轮外缘安装阻尼环是一种有效减振方法。针对工程中阻尼环设计时缺乏有效便捷的设计方法问题,基于能量法建立了航空齿轮节径型振动下阻尼环的等效参数模型。在给定模态振型下,将阻尼环的影响效果简化为依赖于齿轮振幅（振动应力）的等效阻尼、等效刚度和等效质量,实现了齿轮-阻尼环系统幅频响应快速求解。以某航空齿轮为例,分析了激励载荷、摩擦系数、转速以及结构固有阻尼对强迫响应的影响,结合许用振动应力进行了阻尼环优化设计。结果表明：阻尼环减振效果与振动应力具有强非线性,在本文给定的激励载荷及100 MPa许用振动应力下,阻尼环质量比不应大于5%,最佳摩擦系数为0.1,设计得当的阻尼环能够降低50%以上的振动应力。     

美国四代机振动噪声环境条件编制方法

根据美国F-22飞机的技术资料,给出了四代机系统和结构鉴定验收试验的噪声及振动载荷的确定方法。90年代初期主要使用预测方法给出上述载荷,预测方法使用了地面开车、风洞和YF-22领先试验中获得的数据。当F-22飞机进入飞行验证阶段时,大量的飞行实测数据代替了以前的数据,使用这些数据所建立的振动和噪声载荷确定方法更加合理。特别值得强调的是,在使用这些数据时,也应用了数理统计的概念,建立声压水平(SPL)和振动功率谱密度(PSD),本文还给出了等效损伤谱和暴露时间的相应方法,并根据载荷的实际存在和大小对飞机进行了更加细致的区域划分。     

涡轮转子叶片低循环疲劳/蠕变寿命的预测

根据某型涡喷发动机计算状态叶片流场计算结果，对该发动机高压涡轮转子叶片进行了热分析；并根据某典型飞行科目的三循环载荷谱，对该科目进行了载荷等效转换以及弹塑性应力分析，得到了该科目的低循环疲劳寿命和蠕变寿命；还考虑了平均应力的影响，给出了不同平均应力修正方法下该科目的总损伤。     

遗传算法在等效系统拟配中的应用

针对遗传算法在全局搜索性能与收敛速度之问的矛盾采取了一些改进措施．并将其应用于飞机飞行品质评定的等效系统拟配计算中，解决了传统拟配方法参数初值不易选取的问题。仿真结果表明了遗传算法在等效系统拟配计算中的可行性和有效性。     

复合材料板壳任意位置处载荷识别

提出了一种受载单元判别法,根据遗传算法生成的染色体所对应的载荷作用点的横、纵坐标和每个单元四条边间的几何关系,判断出集中载荷作用的单元,再根据力的等效分配原则,把载荷等效分配到所在单元的节点上,进而基于有限元分析和遗传算法自身优越的全局搜索能力实现作用于复合材料结构网格节点或单元内部任意位置处的载荷识别.与现有的神经网络识别法和有限元反分析法相比,该方法具有能够识别非网格节点处的载荷的优点,且仿真算例表明其识别精度更高.      

某型飞机前起落架放下问题与解决方案研究

在实测某型飞机前起落架舱门气动力数据和铁鸟试验数据基础上,通过搭建运动学模型,详细分析每一载荷对前起收放过程的敏感度,应用作用力等效综合的方法,较为准确地再现了飞行试验中出现的问题。根据每一载荷对放下过程的敏感度,在不对机构有大的更改的前提下,针对若干解决方案进行大量分析计算,提出解决思路并找到了调整机构的最佳解决方案,同时提出了没有限制时的最有效解决思路。     

复合材料波纹梁吸能能力的数值模拟

运用MSC/DYTRAN有限元软件,对3组不同尺寸的碳纤维—环氧树脂圆弧形波纹梁的破坏过程、峰值载荷和能量吸收能力进行了数值模拟研究。由于MSC/DYTRAN有限元软件不能直接用于复合材料的吸能分析,分析时采用了等效的方法。比较波纹梁的计算结果与准静态轴向压溃试验的结果可见,两者较为一致。在此基础上分析了波纹梁的耐撞性,得到波纹梁在碰撞过程中的吸能数据,进一步研究了不同薄弱环节设置对波纹梁峰值载荷的影响。说明采用了等效的方法并运用该有限元软件来模拟复合材料结构的吸能能力是可行的。