航空发动机薄壁结构随机声疲劳寿命估算方法研究

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针对航空薄壁结构随机声疲劳问题,基于结构在随机声载荷作用下振动响应的计算分析,重点研究了随机声疲劳寿命估算方法。以某型航空发动机燃烧室火焰筒为对象,对该结构在随机载荷作用下的振动响应进行计算,基于结构位移和应力响应结果,应用本文所研究方法,完成了对火焰筒结构的寿命估算。  1.针对平稳高斯过程,考虑雨流循环均值对结构疲劳寿命的影响,由有限带宽高斯白噪声作用下结构振动响应功率谱密度(PSD),计算得到雨流循环均值-幅值条件概率密度。结合雨流循环幅值概率密度Dirlik经验公式,推导出雨流循环均值-幅值联合概率密度函数,实现结构的疲劳寿命估算。在此基础上,建立薄壁柱壳结构模型,运用上述方法进行疲劳寿命估算,考察和验证了该寿命估算方法的有效性。  2.对航空薄壁结构在随机声载荷作用下的Von Mises应力幅值概率密度进行了深入研究,假设Von Mises应力过程服从三参数Weibull分布,通过平稳随机过程的穿越分析以及极值的概率分析,推导出了Von Mises应力过程峰值概率密度,建立了在频率域中直接应用Von Mises应力过程进行疲劳寿命估算的方法。并以薄壁柱壳结构为例,考察和验证该寿命估算方法的合理性和可行性。  3.建立了某型航空发动机燃烧室火焰筒有限元模型,利用耦合的有限元(FEM)和边界元(BEM)方法,计算分析了不同声压级有限带宽高斯白噪声载荷作用下结构的位移和应力响应。分别应用雨流循环均值-幅值联合概率密度法和Von Mises应力峰值概率密度法对火焰筒结构进行疲劳寿命估算,并着重分析了两种疲劳寿命估算方法对火焰筒疲劳寿命估算结果的影响。  本文所研究的薄壁结构随机声疲劳寿命估算方法,对分析和解决航空薄壁结构的随机声疲劳问题具有一定应用价值。
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