復(fù)合材料層合板在噪聲載荷下的疲勞累積損傷和壽命分析.pdf

1、航空航天飛行器某些薄壁結(jié)構(gòu)在工作時(shí)承受復(fù)雜的力、熱和強(qiáng)噪聲載荷，在這種快速交變隨機(jī)載荷作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力，最終會(huì)使結(jié)構(gòu)發(fā)生聲疲勞破壞。為了提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞特性和準(zhǔn)確估計(jì)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，需要對(duì)材料的疲勞機(jī)理，噪聲場(chǎng)激發(fā)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，應(yīng)力與應(yīng)變分布的規(guī)律，應(yīng)力集中趨勢(shì)，累積損傷演化及壽命分析等相關(guān)方面進(jìn)行研究。本文基于頻域分析，一方面對(duì)限帶寬白噪聲載荷下的復(fù)合材料層合板進(jìn)行了隨機(jī)響應(yīng)分析；另一方面，通過(guò)S/N曲線法結(jié)合疲勞累積損

2、傷理論對(duì)復(fù)合材料層合板進(jìn)行了聲疲勞壽命預(yù)測(cè)。
　　首先，介紹了基于功率譜密度的隨機(jī)振動(dòng)理論分析，從功率譜密度曲線分析窄帶、寬帶以及限帶寬白噪聲隨機(jī)過(guò)程，再由頻響函數(shù)得出輸入功率譜密度函數(shù)與輸出功率譜密度函數(shù)的關(guān)系。
　　其次，針對(duì)AS4/3501-6石墨/環(huán)氧基復(fù)合材料層合板，通過(guò)功率譜密度函數(shù)施加限帶寬白噪聲，利用有限元法模擬了層合板的隨機(jī)響應(yīng)。并對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸、載荷和邊界條件等因素進(jìn)行了參數(shù)分析，得出開(kāi)孔直徑、頻帶位置和寬度

3、以及邊界條件對(duì)均方根應(yīng)力和應(yīng)力功率譜響應(yīng)的影響。
　　然后，運(yùn)用譜方法對(duì)寬帶噪聲載荷下的復(fù)合材料層合板進(jìn)行聲疲勞壽命預(yù)測(cè)。在寬帶載荷下由危險(xiǎn)部位的均方根應(yīng)力響應(yīng)和應(yīng)力的功率譜密度作為壽命預(yù)測(cè)的輸入，以Dirlik公式、T-B模型和W-L模型進(jìn)行對(duì)比，得到峰值概率密度函數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，然后運(yùn)用Matlab編程計(jì)算出復(fù)合材料層合板的聲疲勞壽命。并對(duì)不同聲壓級(jí)下層合板的壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
　　最后，根據(jù)現(xiàn)有的S/N曲線法預(yù)測(cè)聲疲勞壽命

4、的不足，提出運(yùn)用Palmgren-Miner線性損傷累積理論和剛度退化模型，進(jìn)行以時(shí)間為增量的累積損傷的聲疲勞壽命分析。整個(gè)分析流程以有限元軟件ABAQUS為平臺(tái)，運(yùn)用Python語(yǔ)言編寫(xiě)腳本文件進(jìn)行前處理、后處理以及循環(huán)的控制，并利用子程序UMAT實(shí)現(xiàn)對(duì)退化后的材料性能參數(shù)進(jìn)行更新，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)頻域和時(shí)域交互分析，對(duì)結(jié)構(gòu)在噪聲載荷條件下的疲勞累積損傷過(guò)程進(jìn)行分析。并針對(duì)四邊簡(jiǎn)支受寬帶白噪聲激勵(lì)的層合板，對(duì)板的厚度和噪聲載荷大