C/SiC材料疲勞試驗(yàn)加載頻率的數(shù)值研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-25 14:07
材料S-N曲線和結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)是聲疲勞壽命評估的兩個(gè)要素,而熱結(jié)構(gòu)材料C/SiC的S-N曲線具有強(qiáng)的頻率依賴性。為得到典型C/SiC材料熱結(jié)構(gòu)聲疲勞壽命評估可用的S-N曲線,分析了隨機(jī)信號(hào)的水平穿越問題,導(dǎo)出隨機(jī)信號(hào)的正斜率穿越率計(jì)算公式。論證了隨機(jī)信號(hào)的正斜率零穿越率表征了信號(hào)的統(tǒng)計(jì)平均頻率,且可直接由功率譜密度函數(shù)計(jì)算得到。對一C/SiC加筋壁板在聲壓載荷下的隨機(jī)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值仿真,在聲載荷下壁板3個(gè)典型部位動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)的平均頻率的最大值為532Hz,數(shù)值算例驗(yàn)證了正斜率零穿越率與隨機(jī)信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)的循環(huán)次數(shù)近似相等。因此在對該結(jié)構(gòu)壽命評估前,測定材料S-N曲線應(yīng)使試驗(yàn)加載頻率盡可能接近532Hz。
【文章來源】：振動(dòng)工程學(xué)報(bào). 2016年06期 北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖１事件Ａ發(fā)生在Ｘ－?Ｘ平面的面積Ｆｉｇ．１ＲｅｇｉｏｎｉｎＸ－?ＸｐｌａｎｅｆｏｒｗｈｉｃｈｅｖｅｎｔＡｏｃｃｕｒｓ
于Ｓ－Ｎ曲線具有強(qiáng)頻率依賴性的Ｃ／ＳｉＣ結(jié)構(gòu)材料，在測試其Ｓ－Ｎ曲線前，可由結(jié)構(gòu)響應(yīng)的正斜率零穿越率計(jì)算結(jié)構(gòu)上危險(xiǎn)部位振動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均頻率，以此為疲勞試驗(yàn)的加載頻率，從而使測得的Ｓ－Ｎ曲線在統(tǒng)計(jì)意義上符合結(jié)構(gòu)在聲載荷下疲勞壽命評估的要求。３算例研究首先，用一個(gè)已知的隨機(jī)信號(hào)數(shù)值算例驗(yàn)證基于功率譜密度函數(shù)估算統(tǒng)計(jì)平均頻率的準(zhǔn)確性。使用ＭＡＴＬＡＢ生成均值為零，標(biāo)準(zhǔn)差為１００ＭＰａ，高斯分布的應(yīng)力時(shí)域信號(hào)，長度為１ｓ，采樣頻率８００Ｈｚ，波形如圖２所示。對于一個(gè)時(shí)間長度不長的時(shí)域信號(hào)，可直接通過循環(huán)計(jì)數(shù)的方法得到其循環(huán)次數(shù)，上述時(shí)域信號(hào)的循環(huán)次數(shù)為２０１。另一方面，圖３給出了由Ｂｕｒｇ法得到信號(hào)的功率譜密度函數(shù)估計(jì)，對其應(yīng)用式圖２時(shí)域隨機(jī)信號(hào)Ｆｉｇ．２Ｒａｎｄｏｍｓｉｇｎａｌｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ（２３）計(jì)算得到平均頻率為２０９Ｈｚ，與直接循環(huán)計(jì)數(shù)得到的結(jié)果相差４．０％�？梢姡谛盘�(hào)ＰＳＤ計(jì)算得到隨機(jī)信號(hào)的平均振動(dòng)頻率與時(shí)域循環(huán)計(jì)數(shù)的結(jié)果偏差小，滿足工程要求。圖３信號(hào)的功率譜密度曲線Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｇｎａｌＰＳＤｃｕｒｖｅ建立一典型熱防護(hù)結(jié)構(gòu)中的加筋壁板有限元模型，分析其在聲載荷下的振動(dòng)頻率特性。矩形壁板的面內(nèi)尺寸為６００ｍｍ×４００ｍｍ，厚度為４ｍｍ，使用殼單元建模，筋條用梁單元設(shè)置偏置建模，有限元單元總數(shù)為６９０，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為６５１，如圖４所示。板的邊界條件為四邊簡支，輸入條件為垂直作用在板面上的聲壓，其功率譜密度由美國軍用標(biāo)準(zhǔn)ＭＩＬ－ＳＴＤ－８１０Ｄ中的聲載荷１／３倍頻程譜轉(zhuǎn)換得到［２
振動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均頻率，以此為疲勞試驗(yàn)的加載頻率，從而使測得的Ｓ－Ｎ曲線在統(tǒng)計(jì)意義上符合結(jié)構(gòu)在聲載荷下疲勞壽命評估的要求。３算例研究首先，用一個(gè)已知的隨機(jī)信號(hào)數(shù)值算例驗(yàn)證基于功率譜密度函數(shù)估算統(tǒng)計(jì)平均頻率的準(zhǔn)確性。使用ＭＡＴＬＡＢ生成均值為零，標(biāo)準(zhǔn)差為１００ＭＰａ，高斯分布的應(yīng)力時(shí)域信號(hào)，長度為１ｓ，采樣頻率８００Ｈｚ，波形如圖２所示。對于一個(gè)時(shí)間長度不長的時(shí)域信號(hào)，可直接通過循環(huán)計(jì)數(shù)的方法得到其循環(huán)次數(shù)，上述時(shí)域信號(hào)的循環(huán)次數(shù)為２０１。另一方面，圖３給出了由Ｂｕｒｇ法得到信號(hào)的功率譜密度函數(shù)估計(jì)，對其應(yīng)用式圖２時(shí)域隨機(jī)信號(hào)Ｆｉｇ．２Ｒａｎｄｏｍｓｉｇｎａｌｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ（２３）計(jì)算得到平均頻率為２０９Ｈｚ，與直接循環(huán)計(jì)數(shù)得到的結(jié)果相差４．０％�？梢�，基于信號(hào)ＰＳＤ計(jì)算得到隨機(jī)信號(hào)的平均振動(dòng)頻率與時(shí)域循環(huán)計(jì)數(shù)的結(jié)果偏差小，滿足工程要求。圖３信號(hào)的功率譜密度曲線Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｇｎａｌＰＳＤｃｕｒｖｅ建立一典型熱防護(hù)結(jié)構(gòu)中的加筋壁板有限元模型，分析其在聲載荷下的振動(dòng)頻率特性。矩形壁板的面內(nèi)尺寸為６００ｍｍ×４００ｍｍ，厚度為４ｍｍ，使用殼單元建模，筋條用梁單元設(shè)置偏置建模，有限元單元總數(shù)為６９０，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為６５１，如圖４所示。板的邊界條件為四邊簡支，輸入條件為垂直作用在板面上的聲壓，其功率譜密度由美國軍用標(biāo)準(zhǔn)ＭＩＬ－ＳＴＤ－８１０Ｄ中的聲載荷１／３倍頻程譜轉(zhuǎn)換得到［２４］，總聲壓級(jí)為１６０ｄＢ（參考聲壓２×１０－５Ｐａ）。模型中Ｃ／ＳｉＣ材料面內(nèi)拉壓彈性模量Ｅ１１＝Ｅ
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高超聲速飛行器陶瓷復(fù)合材料與熱結(jié)構(gòu)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 魯芹,胡龍飛,羅曉光,姜貴慶. 硅酸鹽學(xué)報(bào). 2013(02)
[2]單向雙筋板結(jié)構(gòu)件共振疲勞試驗(yàn)及分析[J]. 劉文光,賀紅林. 實(shí)驗(yàn)力學(xué). 2012(03)
[3]含高頻的載荷下飛機(jī)薄壁結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞壽命分析[J]. 張坤,薛璞,胡海濤,李玉龍. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2012(04)
[4]小衛(wèi)星隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)和噪聲試驗(yàn)對比研究[J]. 鄧衛(wèi)華,俞偉學(xué),施修明. 航天器工程. 2009(01)
本文編號(hào)：2937802
【文章來源】：振動(dòng)工程學(xué)報(bào). 2016年06期 北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖１事件Ａ發(fā)生在Ｘ－?Ｘ平面的面積Ｆｉｇ．１ＲｅｇｉｏｎｉｎＸ－?ＸｐｌａｎｅｆｏｒｗｈｉｃｈｅｖｅｎｔＡｏｃｃｕｒｓ
于Ｓ－Ｎ曲線具有強(qiáng)頻率依賴性的Ｃ／ＳｉＣ結(jié)構(gòu)材料，在測試其Ｓ－Ｎ曲線前，可由結(jié)構(gòu)響應(yīng)的正斜率零穿越率計(jì)算結(jié)構(gòu)上危險(xiǎn)部位振動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均頻率，以此為疲勞試驗(yàn)的加載頻率，從而使測得的Ｓ－Ｎ曲線在統(tǒng)計(jì)意義上符合結(jié)構(gòu)在聲載荷下疲勞壽命評估的要求。３算例研究首先，用一個(gè)已知的隨機(jī)信號(hào)數(shù)值算例驗(yàn)證基于功率譜密度函數(shù)估算統(tǒng)計(jì)平均頻率的準(zhǔn)確性。使用ＭＡＴＬＡＢ生成均值為零，標(biāo)準(zhǔn)差為１００ＭＰａ，高斯分布的應(yīng)力時(shí)域信號(hào)，長度為１ｓ，采樣頻率８００Ｈｚ，波形如圖２所示。對于一個(gè)時(shí)間長度不長的時(shí)域信號(hào)，可直接通過循環(huán)計(jì)數(shù)的方法得到其循環(huán)次數(shù)，上述時(shí)域信號(hào)的循環(huán)次數(shù)為２０１。另一方面，圖３給出了由Ｂｕｒｇ法得到信號(hào)的功率譜密度函數(shù)估計(jì)，對其應(yīng)用式圖２時(shí)域隨機(jī)信號(hào)Ｆｉｇ．２Ｒａｎｄｏｍｓｉｇｎａｌｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ（２３）計(jì)算得到平均頻率為２０９Ｈｚ，與直接循環(huán)計(jì)數(shù)得到的結(jié)果相差４．０％�？梢姡谛盘�(hào)ＰＳＤ計(jì)算得到隨機(jī)信號(hào)的平均振動(dòng)頻率與時(shí)域循環(huán)計(jì)數(shù)的結(jié)果偏差小，滿足工程要求。圖３信號(hào)的功率譜密度曲線Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｇｎａｌＰＳＤｃｕｒｖｅ建立一典型熱防護(hù)結(jié)構(gòu)中的加筋壁板有限元模型，分析其在聲載荷下的振動(dòng)頻率特性。矩形壁板的面內(nèi)尺寸為６００ｍｍ×４００ｍｍ，厚度為４ｍｍ，使用殼單元建模，筋條用梁單元設(shè)置偏置建模，有限元單元總數(shù)為６９０，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為６５１，如圖４所示。板的邊界條件為四邊簡支，輸入條件為垂直作用在板面上的聲壓，其功率譜密度由美國軍用標(biāo)準(zhǔn)ＭＩＬ－ＳＴＤ－８１０Ｄ中的聲載荷１／３倍頻程譜轉(zhuǎn)換得到［２
振動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均頻率，以此為疲勞試驗(yàn)的加載頻率，從而使測得的Ｓ－Ｎ曲線在統(tǒng)計(jì)意義上符合結(jié)構(gòu)在聲載荷下疲勞壽命評估的要求。３算例研究首先，用一個(gè)已知的隨機(jī)信號(hào)數(shù)值算例驗(yàn)證基于功率譜密度函數(shù)估算統(tǒng)計(jì)平均頻率的準(zhǔn)確性。使用ＭＡＴＬＡＢ生成均值為零，標(biāo)準(zhǔn)差為１００ＭＰａ，高斯分布的應(yīng)力時(shí)域信號(hào)，長度為１ｓ，采樣頻率８００Ｈｚ，波形如圖２所示。對于一個(gè)時(shí)間長度不長的時(shí)域信號(hào)，可直接通過循環(huán)計(jì)數(shù)的方法得到其循環(huán)次數(shù)，上述時(shí)域信號(hào)的循環(huán)次數(shù)為２０１。另一方面，圖３給出了由Ｂｕｒｇ法得到信號(hào)的功率譜密度函數(shù)估計(jì)，對其應(yīng)用式圖２時(shí)域隨機(jī)信號(hào)Ｆｉｇ．２Ｒａｎｄｏｍｓｉｇｎａｌｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ（２３）計(jì)算得到平均頻率為２０９Ｈｚ，與直接循環(huán)計(jì)數(shù)得到的結(jié)果相差４．０％�？梢�，基于信號(hào)ＰＳＤ計(jì)算得到隨機(jī)信號(hào)的平均振動(dòng)頻率與時(shí)域循環(huán)計(jì)數(shù)的結(jié)果偏差小，滿足工程要求。圖３信號(hào)的功率譜密度曲線Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｇｎａｌＰＳＤｃｕｒｖｅ建立一典型熱防護(hù)結(jié)構(gòu)中的加筋壁板有限元模型，分析其在聲載荷下的振動(dòng)頻率特性。矩形壁板的面內(nèi)尺寸為６００ｍｍ×４００ｍｍ，厚度為４ｍｍ，使用殼單元建模，筋條用梁單元設(shè)置偏置建模，有限元單元總數(shù)為６９０，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為６５１，如圖４所示。板的邊界條件為四邊簡支，輸入條件為垂直作用在板面上的聲壓，其功率譜密度由美國軍用標(biāo)準(zhǔn)ＭＩＬ－ＳＴＤ－８１０Ｄ中的聲載荷１／３倍頻程譜轉(zhuǎn)換得到［２４］，總聲壓級(jí)為１６０ｄＢ（參考聲壓２×１０－５Ｐａ）。模型中Ｃ／ＳｉＣ材料面內(nèi)拉壓彈性模量Ｅ１１＝Ｅ
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高超聲速飛行器陶瓷復(fù)合材料與熱結(jié)構(gòu)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 魯芹,胡龍飛,羅曉光,姜貴慶. 硅酸鹽學(xué)報(bào). 2013(02)
[2]單向雙筋板結(jié)構(gòu)件共振疲勞試驗(yàn)及分析[J]. 劉文光,賀紅林. 實(shí)驗(yàn)力學(xué). 2012(03)
[3]含高頻的載荷下飛機(jī)薄壁結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞壽命分析[J]. 張坤,薛璞,胡海濤,李玉龍. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2012(04)
[4]小衛(wèi)星隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)和噪聲試驗(yàn)對比研究[J]. 鄧衛(wèi)華,俞偉學(xué),施修明. 航天器工程. 2009(01)
本文編號(hào)：2937802
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