一般尺度法的振动疲劳强化系数分析

在Dirlik模型的基础之上,结合一般尺度法（General scaling law）提出适用于平稳宽带随机过程的疲劳强化系数模型。一般尺度法认为结构在原始载荷和强化后载荷下的应力响应功率谱各阶谱矩成简单的线性关系;与Dirlik宽带疲劳损伤模型结合,便得到适用于平稳宽带随机过程的疲劳强化系数模型。为了验证模型的有效性,分别在原始加速度功率谱和经一般尺度法强化后的加速度功率谱载荷下;对悬臂梁采用雨流计数(Rainflow counting)和Miner损伤准则进行疲劳寿命预测,得到它们的疲劳强化系数,并与疲劳强化系数模型得到的疲劳强化系数进行对比。结果表明：提出的疲劳强化系数模型精度为99.7 %,由此可验证疲劳强化系数模型的有效性。     

岸桥起重机随机风振疲劳可靠性分析

基于时域方法研究岸桥起重机的风振疲劳可靠性问题。采用谐波叠加法给出了符合Davenport风速谱的多维脉动风速时间历程,基于Bernoulli方程得到相应的风压时间历程,并将相应的风压荷载作用于有限元模型,采用雨流计数法处理结构关键点的应力响应。基于疲劳失效的Basquin方程、Miner线性累积损伤准则和Goodman平均应力修正方程导出疲劳累积损伤的概率模型。考虑平均风速的概率分布,提出了基于概率累积损伤机制的风振疲劳可靠度和可靠性寿命计算方法,为岸桥起重机的风振疲劳可靠性分析作了一些有益的探索和研究。     

钢质天线结构风振疲劳寿命估算方法比较研究

根据一屋顶钢质天线结构气弹模型风洞试验结果,计算了疲劳分析关键点处的应力响应功率谱;基于疲劳累积损伤理论在频域上用等效窄带法对钢天线进行寿命估算;同时,根据关键点处的应力响应功率谱,用Monte Carlo方法模拟了应力时程响应,并用雨流法对应力时程响应进行计数,用Goodman法则考虑平均应力的影响后得到应力范围出现的概率,然后拟合了应力范围的概率密度函数,对天线进行寿命估计.结果表明,采用两种方法估算的结构风致疲劳寿命相近;平均风对结构的疲劳寿命影响很小.     

热声激励下金属薄壁结构的随机疲劳寿命估算

金属薄壁结构在热声载荷作用下会发生复杂的大挠度非线性响应,结构内部快速变化的复杂应力严重降低了结构的疲劳寿命。在结构热声激振非线性响应分析基础上,采用雨流循环计数法对应力响应时间历程进行疲劳循环计数,通过Morrow TFS,SWT平均应力模型将疲劳循环进行零均值等效处理,结合Miner线性损伤累积理论,计算结构的热声疲劳寿命。以2024-T3型铝合金薄板为研究对象,计算得到了屈曲前后四种温度条件有限带宽高斯白噪声载荷作用下的非线性动态响应,并估算了疲劳寿命。分析结果表明,屈曲前结构的疲劳寿命随着温度升高下降,屈曲后结构持续跳变时的疲劳寿命持续下降直至最低,结构进入间歇跳变区域后疲劳寿命上升,结构热声疲劳寿命与非线性响应特征具有特定的对应关系。     

非高斯随机振动下包装件时变振动可靠性分析

包装件在流通过程中经常受到非高斯随机振动激励的作用,提出了一种包装件在非高斯随机振动激励条件下的时变可靠性的分析方法。结合多项式混沌扩展和Karhunen-Loeve扩展,提出了基于功率谱(或自相关函数)、均值、方差、偏斜度和峭度信息的非高斯随机振动激励的模拟方法;为减小数值分析量,应用拟蒙特卡洛法,在随机变量空间中合理控制变量的分布模拟非高斯随机振动激励,通过四阶龙格库塔法分析,用较少的随机振动模拟样本准确得到了包装件加速度响应的前四阶矩和自相关函数。基于响应的统计信息,应用该研究提出的多项式混沌扩展、Karhunen-Loeve扩展和拟蒙特卡洛分析,获得包装件加速度响应样本,计算包装件的时变可靠性,用原始蒙特卡洛法验证了计算的准确性;该方法在包装件的可靠性分析、包装系统优化等方面具有重要意义。     

包装件在非高斯随机载荷下响应特征分析方法研究EI北大核心CSCD

在运输过程中,包装件经常受到非高斯随机振动的作用,在进行包装系统优化时,经常需要重复确定包装件加速度响应的统计特征和振动可靠性,该研究提出一种高效准确确定非高斯随机振动条件下非线性包装件加速度响应统计特征的分析方法。采用非高斯Karhunen-Loeve展开将非高斯随机振动表示为非高斯随机变量的线性组合,用一阶泰勒展开估计包装件加速度响应,确定加速度响应的统计矩参数,根据包装件加速度响应的前四阶矩参数,应用鞍点估计法确定包装件加速度响应的概率密度函数(probability density function, PDF)和累积分布函数(cumulative distribution function, CDF)。由于采用随机变量的线性组合模拟非高斯随机振动激励,避免了随机变量非线性变换,采用一阶泰勒展开估计包装件加速度响应具有良好的准确性,鞍点估计法分析包装件加速度响应的PDF和CDF,避免了大量蒙特卡洛或拟蒙特卡洛分析,提高了分析效率。     

随机振动高斯分布与非高斯分布激振对电脑一体机商品运输包装影响的研究

目的:对比高斯分布激振和增加峭度的非高斯分布激振对样品的FDS响应、加速度响应和商品损伤程度的影响,了解其对电脑一体机包装单元商品的影响,为随机振动测试方法提供参考依据,为产品运输包装设计提供参数,为非高斯分布激振器应用于随机振动设备提供实践经验和数据积累.结果 显示:高斯随机振动激振作用在包装上的FDS疲劳损伤峰值大...     

一种非高斯随机振动过程数值模拟方法

目的 考虑真实随机振动的非高斯特性,提出一种根据已知信息生成与其相符的非高斯随机振动过程的数值模拟方法。方法 基于均值、方差、偏斜度、峭度及功率谱密度函数（或自相关函数）等约束条件,对非高斯随机振动进行模拟。根据功率谱获取非高斯过程的自相关矩阵;通过Hermite多项式的正交性质和多项式混沌展开方法推导出的公式,构造满足标准正态分布随机过程的协方差矩阵,并对其进行谱分解和主成分分析;最后,利用Karhunen-Loeve展开和多项式混沌展开来表示所模拟的非高斯振动过程。结果 随着采样点个数的增加,实测数据与模拟数据之间的误差越来越小,该方法具有较好的模拟精度。结论 应用多项式混沌展开、Karhunen-Loeve展开以及蒙特卡洛等方法,可生成非高斯随机振动过程,并得到准确有效的各项统计参数模拟值。     

某结构件的随机振动疲劳分析

为了对某机载产品进行结构疲劳分析,采用有限元分析软件ANSYS对产品结构进行了模态分析和随机振动分析。结合模态试验修正了有限元模型,由随机振动分析得到应力响应功率谱,最后利用频域方法计算结构的疲劳损伤。仿真结果基本吻合强化试验结果,并给出了产品结构设计改进方案。     

多轴平稳非高斯随机振动试验控制方法

多轴向平稳非高斯随机振动控制试验能够对指定响应信号的时、频域特征进行同时控制。提出了一种快速生成具有指定功率谱密度、斜度和峭度的平稳非高斯随机振动信号的方法。通过频率采样方法将目标功率谱密度设计成滤波器,利用非线性变换方法获取非高斯随机信号,再将此信号经过设计的滤波器以获得满足要求的非高斯随机信号。该方法简单、快速并克服了传统非线性变换方法的缺点。进一步将此方法应用于三轴向平稳非高斯随机振动试验中,给出了三轴向非高斯随机振动控制的闭环均衡步骤,此方法能够同时对信号的功率谱自谱、相干系数、相位差以及斜度和峭度进行解耦控制。进行了三轴向平稳非高斯随机振动控制试验,三个方向上加速度信号的功率谱密度、斜度和峭度控制效果均令人满意,满足工程应用要求。     

基于应力概率密度和功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法研究

针对航空发动机燃烧室火焰筒结构的声疲劳问题,研究了一种用于随机载荷下结构疲劳寿命预估的有效方法。首先,对薄壁结构在随机载荷作用下的Von Mises应力过程的概率分布作了研究,给出了应力峰值概率密度函数的表达式。基于Miner线性理论,提出了基于应力概率密度和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。以某型航空发动机燃烧室火焰筒结构为例,在采用耦合的有限元和边界元方法计算出随机声疲劳应力基础上,应用所建立的模型进行了疲劳寿命估算,并对计算结果进行了宽带修正。结果表明,该方法对航空薄壁结构随机疲劳寿命分析具有实用性。     

随机振动疲劳寿命评估频域法模型适用性研究

为了研究频域法中的应力幅值概率密度函数(Probability Density Function,PDF)模型在随机振动疲劳寿命评估过程中的适用性，首先介绍常用的5种频域法模型，接着设置由不同谱宽系数、中心频率和功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)谱值组合的限带白噪声应力功率谱。在此基础上利用傅里叶逆变换得到对应的时域信号，并将频域法模型计算得到的应力幅值概率密度函数与模拟的时域信号经过雨流循环计数得到的结果进行对比，评估各种频域模型的适用性和精度。结果表明，在整个带宽范围内，ZhaoBaker模型和Dirlik模型都有较高的准确性和适用性，Weibull模型在模拟小谱宽系数(ε<0.15)的单峰谱和谱宽系数大于0.6的宽带PSD时拥有不错的精度；频域模型的精度误差都随中心频率和谱值的增加有不同程度的下降。     

运载火箭低温蓄压器热缓冲测压导管优化设计

蓄压器是抑制运载火箭纵向耦合振动的关键部件.本文针对低温蓄压器热缓冲测压导管进行了模态分析、疲劳寿命计算及优化设计.基于有限元分析方法获取热缓冲测压导管静载预应力、随机振动应力谱密度曲线,采用Goodman直线法进行静载修正;基于Miner线性损伤累积理论及Dirlik方法计算了热缓冲测压导管的疲劳寿命;基于受迫振动动...     

斜拉索风致动力疲劳损伤的研究

研究了斜拉索风致振动的疲劳损伤问题。首先,根据 Miner 线性累积损伤原理,给出了结构疲劳损伤的计算公式。其次,根据高周疲劳的特性,我们假设斜拉索的疲劳损伤符合 Basquin 疲劳估算模型。第三,在综合目前疲劳损伤既有研究的基础上,进一步提出评价不同风速和不同风攻角对斜拉索疲劳损伤影响的框架。最后,以松花江斜拉桥中的斜拉索为对象,基于动力时程法计算分析了在不同风速和不同风攻角情况下斜拉索上各节点的应力时程,再使用雨流计数法统计斜拉索的应力-应变循环历史,估算出在不同风速和不同风攻角下斜拉索的疲劳损伤。于是,定量地评价了在不同风速和不同风攻角对斜拉索疲劳损伤的影响。     

随机声载荷作用下的复杂薄壁结构Von Mises应力概率分布研究

随机声载荷作用下的某些复杂薄壁结构的振动疲劳属于多轴疲劳,Von Mises 应力准则是多轴疲劳损伤分析的一条有效途径。本文通过对有限带宽高斯白噪声载荷作用下结构Von Mises应力概率分布研究,分析提出Von Mises应力服从双参数Weibull分布或Lognormal分布,并且给出了估算这两种概率分布参数的方法,进而得到了Von Mises应力峰值概率密度函数,从而为结构的疲劳损伤寿命估算提供依据。在工程应用中采用耦合的有限元和边界元方法计算了某型航空发动机燃烧室火焰筒薄壁结构在随机声载荷作用下的振动应力响应功率谱密度,着重分析了Von Mises应力响应的概率分布特征,并对分析结果采用Kolmogorov-Smirnov (K-S)检验进行了比较验证。     

非高斯色噪声激励下Van der Pol Duffing振子的随机稳定性

研究了受非高斯色噪声参激的Van der Pol-Duffing振子在平凡解邻域内的随机稳定性.首先利用物理学中已有的经典结果,经过近似处理,将非高斯色噪声简化为Ornstein-Uhlenbeck过程,然后通过尺度变换和线性随机变换得到了与系统响应的矩Lyapunov指数相关的特征方程,通过摄动法求得了矩Lyapunov指数、稳定指标、最大Lyapunov指数的二阶近似解,给出了系统响应p阶矩渐进稳定和几乎肯定渐进稳定的条件.最后通过对数值结果的分析,讨论了噪声参数及系统参数对系统响应矩稳定性的影响.     

高斯与非高斯随机振动对洗护产品包装的影响

目的 研究高斯激振力和非高斯激振力的随机振动对商品包装的影响差异，提供随机振动试验方法和参数，并对商品运输包装设计方案提供优化建议。方法 利用科学计量方法研究随机振动技术的发展态势。通过增大峭度的方法进行非高斯激振模拟随机振动试验。研究随机振动强度通过功率谱密度和疲劳损伤的表达，以及随机振动试验时间与疲劳损伤的表达关系。结果 电商渠道销售通过快递配送的洗洁精商品包裹优先采用ISTA 3A—2018 Packaged-Products for Parcel Delivery System Shipment 70 kg(150 lb) or less。使用Over-The-Road Trailer图谱和Pick-up and Delivery Vehicle图谱进行随机振动试验，通过加载峭度进行加速模拟试验和加强模拟试验。结论 在洗洁精商品包裹加载峭度为5、7、9条件下，能够复现实际配送中商品的货损。基于试验结果提出的包装设计修改方案在加强模拟试验条件下可以实现商品防护的功能。全渠道供应链配送商品包裹应采用高效、科学的实验室测试方法，为运输包装设计和验证提供方法和数据。     

偏斜非高斯随机振动信号幅值概率密度函数研究

偏斜非高斯振动信号幅值概率密度没有明确、简洁的解析表达式。研究概率密度的解析表达式,对于非高斯振动理论研究具有重要意义。针对以上需求,提出了一种基于高斯混合模型的概率密度函数表示方法。首先,通过时间样本序列得到偏斜非高斯振动信号前五阶矩的估计值。其次,根据平稳高斯随机过程各阶矩之间的定量关系,结合二阶高斯混合模型的数学表达式建立方程组,求解得到混合模型中每个高斯分量的均值、标准差和权重系数。然后,将每个高斯分量的参数代入高斯混合模型,得到偏斜非高斯振动信号的幅值概率密度的解析表达式。最后,将所提出的方法应用于仿真非高斯加速度信号和实测非高斯振动应力信号,充分验证了该方法的有效性和适用性。     

考虑带宽修正的大跨屋盖结构非高斯风压极值估计方法

针对大跨屋盖结构表面风压宽频谱特性与极值风压估计方法问题。提出一种基于带宽修正的高斯转化法求解非高斯风压峰值因子,结合大跨屋盖结构风洞试验,采用该方法和现有极值风压评估方法对大跨屋盖结构表面极值风压开展了系统的对比验证研究。结果表明：高斯峰值因子法估算的大跨屋盖结构表面风压峰值因子明显偏离了非高斯风压的峰值因子;忽略带宽参数的Hermite矩模型高估了非高斯风压的峰值因子;相对于修正带宽的Hermite矩模型和目标概率法,提出的修正带宽高斯转化法与Sadek-Simiu法估计的大跨屋盖结构风压峰值因子更为准确,与试验观测值整体上最接近,且提出的修正带宽高斯转化法得到的结果误差及离散性均较小,能够高效合理地提供大跨屋盖结构表面非高斯风压峰值因子。     

定日镜结构的动力风效应和风致疲劳损伤研究

典型的定日镜结构由下部立柱支撑扭矩梁、桁架、驱动传动系统及上部镜面板组成,一般位于平坦开阔地区,所受风荷载较大,风致振动较为显著。建立了某定日镜整体结构的精细化有限元模型,镜面尺寸为8 m×8 m,立柱高5 m。分布于镜面的脉动风荷载通过风洞试验测得,完成了定日镜整体结构在不同水平风向角和不同镜面仰角下的风振响应时程分析。分别基于雨流法、等效应力法、等效窄带法、等效宽带法,结合Miner疲劳线性累积损伤理论,实现了时域与频域内的定日镜结构关键部位在最不利风荷载工况下的风振疲劳损伤分析,并对各种方法得出的损伤值进行了比较,验证了疲劳损伤频域分析方法的有效性。