一种基于S-N曲线的结构高周疲劳寿命估算方法

基于有限元法,得到结构在一次任务中各组载荷下的应力水平,以Lagrange插值法拟合材料手册中S-N曲线,得到该任务下的疲劳寿命循环数.将上述算法编译生成可执行文件,实现结构从几何建模到寿命计算的自动化.以某无人直升机桨毂为例,估算其一次任务载荷下的高周循环次数.     

旋翼无人机折叠桨桨毂随机振动疲劳分析

旋翼无人机折叠桨桨毂是折叠桨和电机连接的重要结构,电机螺旋桨产生的随机振动是桨毂结构失效的主要原因。为了对桨毂进行振动疲劳分析,采用有限元分析软件对桨毂结构进行了模态分析和随机振动分析,结合仿真结果对桨毂结构进行优化改进。对改进前后的桨毂结构进行疲劳寿命计算及飞行试验,验证设计方法的可靠性。该设计方法可以推广应用到各类旋翼无人机产品中连接件的设计。     

直升机复合材料桨叶的疲劳寿命计算

着重说明直升机复合材料桨叶安全寿命的计算方法。首先分析某型直升机的飞行任务剖面、桨叶载荷谱及材料的疲劳特性,然后利用迈勒线性累积损伤理论计算桨叶的安全疲劳寿命,并分析不同飞行状态及载荷变化对疲劳寿命的影响。计算结果证实直升机复合材料桨叶在正常飞行状态下的无限寿命设计理念。该方法可用于在直升机设计阶段对复合材料构件的疲劳寿命进行评估校核。     

低应力高周疲劳的寿命计算

在适用于中，长寿命的Ｓ－Ｎ公式的基础上，提出了对低应力，高周疲劳的一种新的疲劳寿命估算公式，并用实验室试验和实际使用进行了验证。在低应力，高周循环疲劳寿命的估算中，这一新的公式比常用的公式更准确些。     

MW级风力发电机组变桨螺栓疲劳寿命分析

基于德国船级社Germanisher Lloyd(GL)认证规范,在有限元软件MSC/Marc中对变桨螺栓进行了疲劳应力分析,得到载荷-应力历程;将多体动力学软件Bladed中计算得到的时间-载荷历程与载荷-应力曲线进行通道合并,处理成疲劳分析的时间-应力历程(随机载荷谱),并通过雨流计数法将随机载荷谱处理成规律性的载荷谱.同时依据VDI2230规范建立S-N曲线并对其进行修正,最后运用Palmgren-Miner线性损伤理论得到螺栓最终的损伤值.研究结果表明变桨螺栓在20年的设计寿命中不会发生疲劳破坏.     

基于Miner线性累积损伤理论的刷式密封疲劳寿命数值研究

基于Miner线性累积损伤理论对刷式密封刷丝的疲劳寿命进行分析，采用Goodman平均应力修正理论对刷丝材料的S-N曲线进行修正，利用有限元静力学和疲劳寿命分析方法建立刷式密封刷丝的疲劳寿命分析模型。在验证数值模型准确性基础上，通过分析刷式密封刷丝的不同结构参数对刷丝疲劳寿命的影响，对刷式密封刷丝的结构参数进行优化。研究结果表明：刷式密封刷丝容易失效的区域主要为刷丝根部区域，其次为刷丝中间区域；在刷丝材料的屈服应力内，随着最大应力幅值的增加，刷丝的疲劳寿命降低；随着刷丝直径的增大，刷式密封刷丝的疲劳寿命降低，随着刷丝倾角和刷丝长度的增大，刷丝的疲劳寿命逐渐增加；当刷式密封的刷丝直径为0.08~0.12 mm，刷丝倾角为45°~55°，刷丝长度为8~12 mm时为刷式密封刷丝可获得最佳的疲劳寿命。     

某无人机用涡喷发动机主轴疲劳寿命计算

涡喷发动机主轴所承受载荷十分复杂,扭矩、轴向力、离心载荷和陀螺力矩等载荷共同作用于主轴,在高温区还承受热负荷。在这些交变载荷共同作用下,疲劳断裂失效是其主要失效模式。根据无人机的任务剖面,编制该无人机用涡喷发动机主轴的疲劳载荷谱;并用工程估算方法得到该涡喷发动机主轴的S-N曲线,基于ANSYS建立有限元模型并进行疲劳寿命分析,给出了该涡喷发动机主轴的寿命。     

结构疲劳寿命分析软件的开发及应用

采用VC 和Matlab混合编程开发出了一套界面友好、可移植性强的结构疲劳寿命分析软件：并运用该软件对卸船机悬臂梁的疲劳寿命进行了预测。     

兆瓦级风机变桨轴承与轮毂连接螺栓的疲劳分析

针对1. 5 MW级风电机组叶片与轮毂连接处变桨轴承上的螺栓,提出一种计算连接螺栓的疲劳损伤值的方法。首先,运用Abaqus软件建立合理的有限元模型,对叶根中心处加弯矩载荷,利用Matlab完成弯矩时间历程谱转换成应力时间历程谱。最后对应力时间历程谱进行雨流计数法处理,再利用Miner线性累计损伤理论和S-N曲线对螺栓进行疲劳分析计算。结果表明螺栓的疲劳损伤值在安全范围内,风机到达使用寿命前螺栓的疲劳损伤很小。研究工作可以指导整个风机上连接螺栓的优化设计,为螺栓疲劳设计和寿命分析提供参考。     

20 kHz频率下高强度钢超高周疲劳研究

应用超声疲劳试验技术，对两种高强度钢在20kHz频率下10^5～10^10循环周次的疲劳性能进行了测试分析。结果表明：应力比R=-1时，D38MSV5S钢与100C6钢在10^5～10^10循环周次之间，试样仍会发生疲劳断裂，疲劳强度随循环次数的增加而下降；R=0．1时，D38MSV5S钢在10^6～10^7循环周次之问会出现疲劳强度。与30Hz频率下常规疲劳试验数据比较发现，频率对100C6钢的疲劳性能影响不大；R=-1时，D38MSV5S钢20kHz频率下的SN曲线略低于30Hz频率下的SN曲线，当R=0．1时，频率对D38MSV5S钢疲劳性能的影响更为明显。在超高周疲劳循环下，疲劳破坏主要起源于试样内部夹杂物。     

钛合金高周疲劳特性的影响因素分析

高周疲劳（HCF）亦称高循环疲劳,它是航空燃气涡轮发动机的主要失效方式之一。高周疲劳失效几乎涉及航空发动机每一个钛合金零件,如压气机叶片、压气机内环和机匣等,会导致发动机重要部件的过早失效,甚至整个发动机和飞机的损失。但仅研究高周疲劳并不能解决实质问题,必须研究各种损伤对钛合金材料高周疲劳特性的影响。损伤通常包含低周疲劳、外物损伤、在缺口或应力集中处形成裂纹和接触疲劳等,这些损伤都可能降低高周疲劳性能。本文主要介绍和总结了国内外有关低周疲劳和外物损伤对钛合金高周疲劳特性影响的研究现状。     

某无人直升机减速器箱体的有限元分析

基于ANSYS软件,建立某无人直升机减速器箱体的三维有限元模型,得到两种材料箱体的应力分布和变形云图,优选减速器箱体材料,为减速器箱体的设计定型提供理论依据。设计的箱体已经成功应用某无人直升机的减速器,表明该箱体设计和选材合理,结构安全可靠。     

Control System Design for an Unmanned Helicopter to Track a Ground Target

Due to potential wide applications,the problem of utilizing an unmanned helicopter to track a ground target has become one of the most active research directions in related areas.However,in most cases,it is possible for a dynamic target to implement evasive actions with strong maneuverability,such as a sudden turn during high-speed movement,to flee from the tracker,which then brings much difficulty for the design of tracking control systems.Currently,most research on this field focuses on utilizing a ground mobile robot to track a high-speed target.Unfortunately,it is very difficult to extend those developed methods to airborne applications due to much more complex dynamices of UAV-target relative motion.This study investiages thoroughly for the problem of using an unmanned helicopter to track a ground target,with particular emphasis on the avoidance of tracking failure caused by the evasive maneuvers of dynamic targets.Specifically,a novel control scheme,which consists of an innovative target tracking controller and a classical flight controller,is proposed for the helicopter-target tracking problem.Wherein,the tracking controller,whose design is the focus of the paper,aims to utilize the motion information of the helicopter and the dynamic target to construct a suitable trajectory for the helicopter,so that when it flies along this trajectory,the relative pose between the helicopter and the dynamic target will be kept consant.When designing the target tracking controller,a novel coordinate transformation is firstly introduced to convert the tracking system into a more compact form convenient for control law design,the desired velocities for the helicopter is then proposed with consideration of the dynamic constraint.The stability of the closed-loop system is finally analyzed by Lyapunov techniques.Based on Matlab/Simulink environment,two groups of simulation are conducted for the helicopter-target tracking control system where the target moves along a linear path and takes a sudden turn during high-speed movement,respectively.As shown by the simulation results,both the distance error and the pointing error are bounded during the tracking process,and they are convergent to zero when the target moves straightly.Moreover,the tracking performance can be adjusted properly to avoid tracking failure due to evasive maneuvers of the target,so as to guarantee superior tracking performance for all kinds of dynamic targets.     

某无人直升机复杂系统动力学建模及试验验证

以某无人直升机复杂结构为研究对象,分别建立主框架、起落架、尾管、尾撑和垂平尾等组件的有限元模型;通过试验,修正各部件的有限元模型,运用MPC技术构建了全机复杂结构的动力学分析模型,最后进行了试验验证.     

一类无人直升机的旋翼操纵机构的分析

基于目前应用极为广泛一类无人直升机,论述了它的旋翼操纵机构,特别是对它的主旋翼和稳定杆的动力学特性进行了详尽描述,通过对它们的动力特性分析为以后建立无人直升机的六自由度运动方程打下了基础。     

定向凝固合金涡轮叶片的低周疲劳寿命研究

对某发动机DZ4定向凝固高温合金涡轮叶片进行了有限元应力分析，应力分析中考虑了发动机实际工作过程中的离心载荷和不均匀温度引起的热负荷。利用应力分析结果和该材料的疲劳特性计算了1次飞行起落过程造成的发动机低循环疲劳损伤和900h飞行的总损伤，根据损伤等效原理，确定了试验规定条件下与900h飞行等效的试验谱以及试验寿命折算为飞行小时寿命的计算公式。     

核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的研究

提出核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的计算与评定方法。介绍核电汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳的应力幅与应力范围、低周疲劳裂纹扩展寿命与高周疲劳扩展寿命的计算方法。给出了核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展日历寿命的计算与评定方法,以及1 000 MW级核电汽轮机焊接低压转子疲劳裂纹扩展日历寿命的计算与改进的应用实例。结果表明,高周疲劳对汽轮机转子疲劳裂纹扩展日历寿命有比较大的影响,新研制核电汽轮机的转子结构设计和在役核电汽轮机的转子安全性评定,需要评估转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展 寿命。     

65 m 射电望远镜天线疲劳寿命分析

文中阐述了疲劳破坏在工程中的危害性和疲劳寿命分析的重要性,论述了疲劳寿命分析的基本原理。建立了65 m天线的总体和局部的有限元模型,给出了疲劳寿命分析的边界条件。以实验数据为基础,经过处理和转化,得到了42CrMo材料的S-N曲线和Gerber曲线。对65 m天线进行了疲劳寿命分析,得到了疲劳寿命结果和危险点的具体位置,对结构设计进行了改进。结果表明:进行疲劳寿命分析,是解决天线工程上安全性和可靠性问题的有效手段。     

某无人直升机主传动齿轮啮合强度分析

基于ANSYS分析软件,采用接触单元,对某无人直升机主传动齿轮副的啮合过程进行数值模拟,直观得到了啮合过程中齿轮副上的瞬态应力,并对该齿轮副进行疲劳计算,预估其寿命,从而为该齿轮安全工作和优化设计提供理论依据。这种基于ANSYS的齿轮啮合强度分析方法可为其它齿轮啮合疲劳传动分析提供借鉴。