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非高斯振动环境下的装备结构可靠性研究

作　者: 王得志
导　师: 陈循
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 非高斯随机振动疲劳寿命结构可靠性有限元仿真 Monte-Carlo
分类号: E920
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 67次
引　用: 1次
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内容摘要

各类装备在运输过程中受到路面的随机激励而产生振动。这种振动环境可能导致装备结构发生疲劳破坏,从而对装备性能和技术指标造成影响。长期以来工程界都将各类装备的运输振动环境一律简单近似成高斯分布,然而不少恶劣路况引起的振动往往不能简单近似成高斯分布,而是呈现出较明显的非高斯分布特性。与传统的高斯随机振动相比,非高斯随机振动具有不同的幅值分布特性,对装备结构可靠性有着不可忽视的影响。本论文以现代随机振动疲劳理论和非高斯随机振动数值模拟方法为基础,以有限元仿真和振动试验为手段,紧紧围绕“非高斯振动环境对装备结构可靠性的影响”这一主题,着力从以下几个方面展开研究:(1)研究了非高斯随机载荷作用下的疲劳寿命分析方法并在工程上得以实现。在系统分析现有时域和频域疲劳寿命分析方法的基础上,提出了基于Monte-Carlo仿真的非高斯随机振动疲劳分析方法,并利用这一方法对有限元仿真软件MSC进行二次开发,利用PCL语言设计出了非高斯振动疲劳仿真分析模块,使现有有限元仿真软件具备了非高斯振动疲劳寿命分析功能。(2)系统研究了非高斯随机振动载荷数值模拟技术并在工程上进行了应用。以基于IFFT变换的高斯随机载荷模拟方法和基于二次相位调制的超高斯随机载荷模拟方法为基础,利用频域参数(功率谱密度)和幅值域参数(峭度、偏斜度)相互解耦的原理,提出基于幅值分布调整和相位替换的亚高斯随机载荷的数值模拟方法,从而形成了系统的非高斯随机振动载荷模拟方法,并将这一方法应用到非高斯振动控制器的开发当中。(3)运用仿真和试验两种手段研究和揭示了非高斯特性对结构疲劳损伤所造成的影响。选取典型结构件,利用开发的非高斯振动疲劳仿真分析模块,进行高斯、超高斯、亚高斯随机载荷作用下的疲劳寿命对比仿真分析;之后,利用开发的非高斯振动控制器对仿真分析的结果进行了试验验证,从而得出非高斯特性对结构疲劳损伤所造成的影响。综上所述,本文以装备道路运输试验为背景,以非高斯载荷疲劳分析方法和非高斯载荷数值模拟方法为主要研究内容,运用仿真和试验的手段揭示了非高斯振动环境对装备结构可靠性的影响,为科学实施装备的室内跑车模拟试验提供了指导。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-18
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
  1.3 研究思路与内容安排  15-18
    1.3.1 研究思路  15-16
    1.3.2 内容安排  16-18
第二章基于Monte-Carlo 仿真的非高斯随机振动疲劳分析方法  18-35
  2.1 随机振动疲劳基本理论  18-26
    2.1.1 频域疲劳寿命分析与预测  18-22
    2.1.2 时域疲劳寿命分析与预测  22-26
  2.2 非高斯随机振动疲劳分析方法和流程  26-29
    2.2.1 非高斯随机振动的描述  26-27
    2.2.2 基于Monte-Carlo 仿真的振动疲劳分析方法  27-29
  2.3 基于PCL 语言的非高斯振动疲劳仿真模块开发  29-32
    2.3.1 PCL 语言与开发平台  29-30
    2.3.2 模块的整体架构和主要功能  30-32
  2.4 非高斯随机振动疲劳仿真分析算例  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章非高斯随机振动载荷的数值模拟方法研究  35-47
  3.1 基于IFFT 的高斯随机过程模拟算法  35-36
  3.2 超高斯随机过程模拟算法  36-39
  3.3 亚高斯真随机振动载荷模拟  39-44
    3.3.1 基本原理与流程  39-41
    3.3.2 具体实现过程  41-44
  3.4 数值仿真算例  44-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章典型结构件高斯/非高斯振动疲劳仿真  47-59
  4.1 仿真思路  47
  4.2 模型建立  47-48
  4.3 静态与频率响应分析  48-50
    4.3.1 静态分析与危险部位确定  48-49
    4.3.2 频率响应分析  49-50
  4.4 振动疲劳影响因素仿真分析  50-56
    4.4.1 振动激励带宽和峭度对振动疲劳的影响分析  50-55
    4.4.2 仿真结果分析  55-56
  4.5 典型跑车试验信号激励下的振动疲劳仿真  56-58
  4.6 本章小结  58-59
第五章典型结构件高斯/非高斯振动疲劳对比试验  59-67
  5.1 试验准备  59-63
    5.1.1 实验对象与夹具安装  59-60
    5.1.2 非高斯振动控制器设计  60-63
  5.2 试验流程  63-66
    5.2.1 正弦扫频试验  63
    5.2.2 窄带非高斯随机振动疲劳试验  63-65
    5.2.3 窄带高斯随机振动疲劳试验  65-66
  5.3 试验结果分析  66
  5.4 本章小结  66-67
第六章结论与展望  67-69
  6.1 主要研究结论  67-68
  6.2 研究展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-75
作者在学期间取得的学术成果  75

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