隨機振動荷載下結(jié)構(gòu)的疲勞壽命研究.pdf

1、隨機振動荷載下結(jié)構(gòu)的疲勞壽命研究隨機振動荷載下結(jié)構(gòu)的疲勞壽命研究ResearchonFatigueLifefStructuresunderRomVibrationLoading國家杰出青年科學(xué)基金項目51525803學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程作者姓名：葉菲指導(dǎo)教師：韓慶華教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一六年十二月I摘要疲勞作為一種突發(fā)性強、破壞性大的主要失效模式之一，是人們工程設(shè)計中關(guān)注的熱點。疲勞壽命的長短與結(jié)構(gòu)所受到的疲勞荷載的形式密切相關(guān)，

2、實際中工程結(jié)構(gòu)所受的荷載具有很大的不確定性。然而，目前的疲勞研究多集中于常規(guī)疲勞荷載，忽略了疲勞荷載的隨機性。因此，對結(jié)構(gòu)在隨機振動荷載下的疲勞壽命估計進行系統(tǒng)深入的研究具有重要的理論意義和工程實用價值。隨機疲勞具有多學(xué)科交叉的理論背景，是統(tǒng)計學(xué)理論、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、通信噪聲以及隨機數(shù)學(xué)中的概念和方法與機械振動相互結(jié)合的產(chǎn)物。本文首先闡述了隨機振動過程的定義和特點，介紹了基于時域法和頻域法的結(jié)構(gòu)隨機疲勞壽命估計方法。對寬帶平穩(wěn)高斯隨機過程的

3、疲勞壽命進行估計，頻域方法以其快速高效的特點得到了廣泛應(yīng)用。其次對不同譜型的功率譜密度進行模擬，利用MATLAB提出了頻域、時域相互轉(zhuǎn)換的一般過程，并對雨流計數(shù)法進行編程以計算結(jié)構(gòu)的雨流疲勞壽命。通過不同譜型的模擬功率譜密度和不同材料，對目前常用頻域方法的準確性和適用性進行比較。然后通過構(gòu)建一系列典型寬帶譜——限帶白噪聲，擬合得到雨流幅值、雨流均值的概率密度函數(shù)模型，建立起其與功率譜密度統(tǒng)計參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。對于寬帶平穩(wěn)高斯隨機過程，

4、進一步提出了考慮平均應(yīng)力的疲勞壽命預(yù)測模型，并推導(dǎo)出一種基于頻域的隨機疲勞壽命估計新方法。應(yīng)用該新方法對不同譜型的模擬功率譜密度和不同材料的隨機疲勞壽命進行估計，結(jié)果表明其誤差顯著減小，且普適性較好。最后結(jié)合具體工程實例，基于隨機振動理論和隨機疲勞強度理論，利用ANSYS有限元軟件對葉片結(jié)構(gòu)在隨機振動荷載下的動力學(xué)特性進行分析，得到了響應(yīng)應(yīng)力的功率譜密度曲線。結(jié)合三參數(shù)SN曲線公式和Miner線性累積損傷理論，應(yīng)用各種頻域方法和所提出的