航空发动机飞行载荷实时雨流计数模型及程序设计

一、前　　言　　航空发动机飞行载荷循环计数是数据处理的基本技术。目前 ,循环计数法很多 ,但对于构件的低周疲劳载荷循环计数 ,国内、外几乎全都使用雨流计数法 [1 ] 。这是因为雨流法的循环计数是根据构件材料的应力—应变特性进行的 ,所得到的载荷循环与材料的应力—应变迟滞回线相一致 ,而且国外一些试验结果表明 :使用雨流计数结果编制的载荷谱所做出的疲劳试验寿命与随机载荷历程做出的疲劳寿命比较接近[2 ] 。近年来 ,国内雨流计数技术与工程应用发展很快 ,其中实时雨流计数模型是雨流计数法的最新发展。这种实时雨流计数模型具有…     

雨流计数的递归算法

给出了疲劳分析中雨流计数法的另一种等效解释。在这个解释的基础上,提出了雨流计数的递归算法。该算法将包含多于一个应力峰值点的任意载荷 时间历程以两个谷值点为界分解成3个子段,每个子段用递归方法继续分解成3个更短的子段,直至每个子段仅包含一个峰值点或不包含峰值点为止。分解得到的仅包含一个峰值点的任意子段对应一个子循环,其应力的最大值和最小值在递归分解过程中可以同时算出。该算法不需像其他雨流计数算法那样在剔除局部子循环的峰、谷点数据后重新整理载荷 时间历程,也能保留各应力子循环出现的先后次序信息,且最先分离出来的可以是变程最大的应力循环。算法的缺点是不适合实时疲劳损伤计算,且算法在实现时需要计算机为其堆栈分配较多的存储器空间。     

K8飞机活动舱盖压力谱编制

根据活动舱盖压力谱Ｐ－ｔ曲线特点，通过任务类型划分、异常信号剔除、滤波、雨流计数和计数结果统计处理以及等损伤折算等工作，结合巴基斯坦空军提供的Ｋ８飞机各任务类型飞行小时和起落次数的统计结果，编制了Ｋ８飞机活动舱盖压力谱。     

基于雨流计数法和功率谱密度法的随机声疲劳应用研究

针对燃烧室火焰筒结构中的声疲劳问题,研究了2种用于随机声载荷下结构疲劳寿命预估的有效方法。雨流计数法实时计数模型计数简单,直接对载荷时间历程进行计数,克服了以往计数模型的局限性;基于iMner线性理论,提出了基于功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法,并建立了疲劳寿命预估模型。对某型航空发动机燃烧室火焰筒结构进行了疲劳寿命估算,结果表明2种方法对航空薄壁结构随机疲劳寿命分析具有实用性。     

编制飞-续-飞谱的倒雨流计数技术

 介绍了编制飞－续－飞谱的一种技术，它是雨流计数的逆过程，包括修正雨流计数法和整循环随机插入法。除了有雨流法的优点外，它还能确保每个循环的峰谷或谷峰顺序信息。对于飞机疲劳问题3个主要环节：载荷的统计计数、编谱、损伤计算都用相同的雨流计数法，这些无疑会提高疲劳试验和寿命计算的精度，并使计数和编谱规范化。试验结果表明：这种方法编出的谱的疲劳寿命与基准谱最接近。     

多轴随机载荷下的疲劳寿命估算方法

提出了一种多轴随机载荷下的疲劳寿命预测方法.通过雨流计数法对各平面上的剪应变进行循环计数,以统计出的剪应变循环作为多轴疲劳损伤的主要控制参数,将各剪应变循环历程内对应的最大正应力和正应变变程作为多轴疲劳损伤的第二控制参数.根据多轴疲劳寿命模型计算出各平面上的损伤,以最大损伤平面作为多轴随机疲劳的临界平面,通过该临界平面上的损伤计算出多轴随机载荷下的疲劳寿命.采用SNCM630钢,304不锈钢和S45C钢3种金属材料的多轴随机疲劳试验数据对提出的寿命预测方法进行评估和验证.结果表明:疲劳寿命预测结果大都分布在试验结果的2倍分散带之内.     

关于雨流计数法的讨论及修正

在疲劳载荷的统计处理中,雨流计数法一直被认为是比较合理的循环计数方法,在国内外得到了广泛应用。本文结合对应力-应变响应的研究指出了它的不足,提出了修正雨流计数法。此外,对于现有的两种利用有效系数模拟应力-应变响应的方法也进行了讨论,并提出了修正有效系数法。     

发动机历程数据自动处理与部件循环寿命监控研究

对飞行数据自动处理方法进行研究,应用峰谷值检测、无效幅值去除和雨流计数,对某部队一次实际飞行数据进行处理,利用线性累积损伤理论得到该次飞行各部件的循环寿命耗损值。     

航空发动机载荷谱计算方法研究

关于雨流计数法判别准则,不同文献给出的表达式并不统一,对不同的表达式进行了分析,建立了与应力应变迟滞循环理论相符的“三线法”雨流计数判别式。结合航空发动机飞行数据特点,利用3σ准则剔除伪数据,利用特定程序剔除“连续等值中间点”,获取了正确的峰谷序列。由于雨流计数中“二次调整”载荷次序时机的不同,存在两种载荷谱计算方法,并利用实例和试飞数据进行了对比分析,得出了两种计算方法都能够获得正确的载荷谱结果。最后通过计算分析获得了多个飞参发参载荷谱小循环剔除阀值,避免了统一固定阀值对有用循环数据的盲目剔除。计算方法和结论为后续载荷谱统计奠定了重要基础,也为其他结构载荷谱计算提供了参考。     

基于雨流计数法的随机声疲劳寿命估算方法研究

针对飞机结构中的声疲劳破坏问题,以雨流计数法的基本原理和计数规则为基础,研究了雨流计数法在Mallab语言中的具体实现方法并得到载荷谱,结合材料性能S-N曲线在Miner线性累积损伤理论准则下估算结构疲劳寿命.并以某航空薄壁柱壳结构为例进行疲劳寿命估算,取得了良好的效果,从而为结构的声疲劳寿命估算提供了一种可行的方法.     

航空发动机载荷谱雨流计数法的改进算法

针对航空发动机寿命监控,为弥补四峰-谷值雨流计数法的不足,提出了等效载荷循环雨流计数法。该算法按时间顺序再现了载荷发生的全部过程,计算精度高,抗随机噪声干扰能力强,使得对载荷谱的分析更加准确。     

航空发动机载荷谱雨流计数的一种改进算法

介绍了一种新的雨流计数法。该计数法按时间顺序计算载荷循环，能完整记录全部载荷历程而不改变其大小和顺序，弥补了常朋雨流计数法的缺陷；而且该算法精确度高，抗随机噪声干扰能力强，使得载荷谱分析更加准确。     

热声载荷下薄壁开孔结构振动响应与寿命预估

金属薄壁开孔结构在强热声载荷下,表现出大挠度强非线性响应特性,疲劳寿命缩短。基于时域的基础上,利用有限元法(FEM)结合降阶模态法(ROM)获取4边固支开孔薄板在不同热、声载荷组合下的位移和应力的动态响应,并进行响应时间历程和功率谱(PSD)的统计分析。采用雨流计数法和Morrow平均应力模型,结合Miner线性累积损伤理论对结构进行疲劳寿命的预估和分析。结果表明:屈曲后的位移响应由热声载荷的相对强弱决定。此外,屈曲前结构随热、声载荷的增加,寿命缩短。屈曲后,持续跳变使得结构的寿命缩至最短;进入间歇跳变区域,间歇时间短的跳变要比间歇时间长的跳变造成的结构损伤大,即快频跳变引起的损伤更大。跳变结束后,随着温度的升高,寿命先延长后缩短。     

附件机匣振动力学行为及寿命分析

附件机匣作为航空发动机的重要部件,获得其寿命指标至关重要,在对附件机匣壳体进行疲劳寿命分析时,需要充分考虑其复杂多样的工作环境以及各载荷情况。基于ANSYS Workbench有限元仿真,计算得到了附件机匣在考虑自身重力和固定约束条件、轴承载荷、温度场以及振动载荷谱共同作用时的应力响应功率谱密度。采用雨流循环计数方法并通过MATLAB编程计算得到附件机匣的疲劳寿命。结果表明:振动谱沿Z轴得到的等效应力值最大,且最大点的应力响应PSD谱中σx的总均方根值远大于其余应力。单独采用σx应力PSD谱和采用所有应力PSD谱计算得到的寿命相差仅50 min,因此可采用RMS最大的σx应力PSD谱计算附件机匣的疲劳寿命。     

动部件疲劳强度减缩系数确定方法研究

低周疲劳常采用寿命分散系数描述结构疲劳强度的固有分散性,而高周疲劳采用疲劳强度减缩系数来描述。在分析美、俄、法、英、德、意六国疲劳强度减缩系数取值方法的基础上,依据统计学理论,假设疲劳强度服从正态和对数正态分布从理论上确定了疲劳强度减缩系数的取值方法。针对我国现役机型特点,建立了母体标准差已知和母体标准差未知时的疲劳强度减缩系数取值方法,通过最后与国外疲劳强度减缩系数取值的分析比较,证明所建立的疲劳强度减缩系数取值方法适合我国直升机飞行使用特点。