【摘 要】
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液压系统作为飞机的重要组成部分,随着航天航空工业快速发展的需要,其趋向于高压化、复杂化方向发展,由此带来的振动而引发的管路破坏问题也随之增多。故有必要对管路结构的振动特性及其疲劳寿命进行分析研究,以提高飞机液压管路结构的安全性与可靠性。目前,针对飞机液压管路结构的振动特性分析大多考虑的为单一振源激励下的单根管路结构,且没有对其进行复杂振动环境下的疲劳寿命预测。鉴于此,本文以一段双泵并联管路结构为研
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液压系统作为飞机的重要组成部分,随着航天航空工业快速发展的需要,其趋向于高压化、复杂化方向发展,由此带来的振动而引发的管路破坏问题也随之增多。故有必要对管路结构的振动特性及其疲劳寿命进行分析研究,以提高飞机液压管路结构的安全性与可靠性。目前,针对飞机液压管路结构的振动特性分析大多考虑的为单一振源激励下的单根管路结构,且没有对其进行复杂振动环境下的疲劳寿命预测。鉴于此,本文以一段双泵并联管路结构为研究对象,综合分析了其在随机振动激励与液压油脉动激励共存环境下的振动特性,提出了复杂振动环境下飞机液压管路结构的疲劳寿命预测方法,并计算出双泵并联管路结构的疲劳寿命。本文的主要内容如下:(1)飞机液压管路结构模态仿真分析方法的对比研究。针对L型管路结构,对其分别进行流固耦合法与等效质量法的模态仿真分析,将仿真解和理论解进行对比,验证了飞机液压管路结构模态仿真分析方法的有效性;研究了双泵并联管路结构的流固耦合法模态仿真分析,得到其固有频率和振型图,为飞机液压管路的设计以及振动控制提供了参考及技术支撑;研究了双泵并联管路结构的等效质量法模态仿真分析,并与流固耦合法模态仿真分析结果进行比较,验证了进行随机振动响应仿真分析时提取等效质量法的模态仿真分析结果的可靠性。(2)针对飞机液压管路结构进行了随机振动激励下的动力学响应仿真分析与强度校核。采用模态叠加法对双泵并联管路结构同时施加空间三个方向的发动机功率谱激励进行随机振动仿真分析。然后根据响应结果,筛选出不同材料所对应的危险点,为后续针对液压管路结构在复杂振动环境下危险点的筛选以及疲劳寿命预测提供依据。最后根据危险点3σVon Mises应力值大小对飞机液压管路结构进行强度校核,结果表明该管路结构不会发生强度破坏。(3)针对飞机液压管路结构进行了压力脉动响应仿真分析与强度校核。首先推导了变径管路的伯努利方程,并以一段渐缩变径管路为例,通过推导的渐缩管路伯努利方程计算出其出口压强并同时计算出其出口流速,将计算结果和采用ANSYS Mechanical与ANSYS CFX联合仿真方法得到的仿真分析结果进行比较,验证了ANSYS Mechanical与ANSYS CFX联合仿真方法的可行性以及可靠性。然后根据双泵并联液压管路结构在液压油脉动激励下的动力学响应结果,筛选出管路结构的危险点,为后续对其在复杂振动环境下危险点的筛选以及疲劳寿命预测提供依据。最后根据危险点Von Mises应力峰值大小对飞机液压管路结构进行强度校核,结果表明该管路结构不会发生强度破坏。(4)提出了一种飞机液压管路结构在随机振动激励与液压油脉动激励共存环境下的疲劳寿命预测方法。首先基于筛选出的双泵并联管路结构在单一振源激励下的危险点结果,筛选出其在随机振动与液压油压力脉动共同激励下的危险点。其次针对危险点处的液压油脉动激励应力响应,采用Goodman公式对其进行平均应力修正并根据修正后的应力幅值计算出管路结构的疲劳损伤。然后针对危险点处的随机振动激励响应,采用频域-时域的方法模拟等效的Von Mises应力时间历程,据此计算出管路结构的疲劳损伤。最后依据提出的随机振动与液压油脉动共同激励下的寿命预测方法计算出管路结构的疲劳寿命,将其与飞机要求的使用寿命进行对比,确认了该管路结构的安全性。
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