夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法及系统与流程

本发明涉及随机振动疲劳寿命预测，尤其涉及一种夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法及系统。

背景技术：

1、在航空航天领域，飞机结构在使用过程中始终处于振动环境，振动引起的结构疲劳破坏是飞机结构破坏的主要模式之一，也是航空武器装备研制和使用中的共性问题。尤其是对于轻量化设计的夹芯结构，芯层在振动载荷下的剪切分层破坏是疲劳破坏的主要失效模式之一。因此，针对夹芯结构在随机基础激励下的剪切疲劳寿命评估是一个十分重要的课题。

2、工程单位针对典型结构特征的振动疲劳寿命曲线可通过开展大量试验研究获取，通过设计若干结构基元件，开展多个载荷水平下的随机振动试验，测量得到不同应力水平下的中值疲劳寿命，进而拟合得到此类结构的疲劳寿命曲线。该方法往往需要投入大量的试验成本。

技术实现思路

1、本发明提供了一种夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法及系统，能够解决现有技术中疲劳寿命曲线确定试验成本高的技术问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法，夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法包括：步骤一，针对夹芯结构试验件开展某一随机振动载荷下的疲劳寿命测试，获取该载荷下的剪切裂纹出现时刻，即该载荷下的随机疲劳寿命t0；步骤二，在有限元软件中建立与夹芯结构试验件一致的动响应数值分析模型，与试验保持一致的边界条件和载荷水平，求解得到该随机载荷下作用下夹芯结构层间剪切均方根应力步骤三，根据夹芯结构层间剪切均方根应力计算获取窄带激励下的峰值层间剪切应力步骤四，建立r＝-1等幅值疲劳条件下的双参数层间剪切疲劳寿命模型；步骤五，将窄带激励下的峰值层间剪切应力与层间剪切静疲劳试验的峰值应力水平τ13相对应，将随机疲劳寿命t0、窄带激励下的峰值层间剪切应力以及层间剪切静强度τult代入双参数层间剪切疲劳寿命模型中，计算获取与材料相关的拟合常数β；步骤六，将与材料相关的拟合常数β代入双参数层间剪切疲劳寿命模型中并绘制成曲线，得到随机载荷下的剪切均方根应力与疲劳寿命曲线。

3、进一步地，在步骤二中，边界条件指的是试验件工装两侧连接孔固支，加载条件指的是加载试验中采用的随机振动载荷谱。

4、进一步地，在步骤三中，窄带激励下的峰值层间剪切应力可根据其中，α为窄带激励下的峰值层间剪切应力与夹芯结构层间剪切均方根应力的比值，α的取值为2.5至3.5。

5、进一步地，双参数层间剪切疲劳寿命模型为τ13＝τultt-1/β，其中，τ13为层间剪切静疲劳试验的峰值应力水平，t为疲劳寿命，τult为夹芯材料层间剪切静强度，β为与材料相关的拟合常数。

6、进一步地，随机载荷下的剪切均方根应力与疲劳寿命曲线根据计算获取。

7、进一步地，窄带激励下的峰值层间剪切应力与夹芯结构层间剪切均方根应力的比值α为3.5。

8、根据本发明的另一方面，提供了一种夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定系统，该夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定系统使用如上所述的夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法进行剪切疲劳寿命曲线确定。

9、应用本发明的技术方案，提供了一种夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法，该方法基于窄带激励下响应的峰值应力与均方根应力的比例关系，将窄带随机应力等价为常幅应力载荷，结合失效模式和数值计算，实现只通过开展单个应力水平下的随机疲劳测试即可建立随机疲劳寿命曲线。该疲劳寿命曲线可用于夹芯结构在不同量级的随机基础激励载荷作用下发生快速剪切疲劳失效时的裂纹萌生寿命预测。本发明与现有解决方案相比结合失效模式和数值计算，只通过开展单个应力水平下的随机疲劳测试试验，即可建立了夹芯结构的随机疲劳寿命曲线，进而可用于不同振动水平下剪切疲劳寿命的预测。具有所需试验数据点少，降低试验成本，提高计算效率的优点。

技术特征：

1.一种夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法，其特征在于，所述夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法包括：

2.根据权利要求1所述的夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法，其特征在于，在所述步骤二中，边界条件指的是试验件工装两侧连接孔固支，加载条件指的是加载试验中采用的随机振动载荷谱。

3.根据权利要求1所述的夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述窄带激励下的峰值层间剪切应力可根据其中，α为窄带激励下的峰值层间剪切应力与夹芯结构层间剪切均方根应力的比值，α的取值为2.5至3.5。

4.根据权利要求3所述的夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法，其特征在于，所述双参数层间剪切疲劳寿命模型为τ13＝τultt-1/β，其中，τ13为层间剪切静疲劳试验的峰值应力水平，t为疲劳寿命，τult为夹芯材料层间剪切静强度，β为与材料相关的拟合常数。

5.根据权利要求4所述的夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法，其特征在于，所述随机载荷下的剪切均方根应力与疲劳寿命曲线根据计算获取。

6.根据权利要求5所述的夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法，其特征在于，所述窄带激励下的峰值层间剪切应力与夹芯结构层间剪切均方根应力的比值α为3.5。

7.一种夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定系统，其特征在于，所述夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定系统使用如权利要求1至6所述的夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法进行剪切疲劳寿命曲线确定。

技术总结
本发明提供了一种夹芯结构随机激励下的剪切疲劳寿命曲线确定方法及系统，包括：开展某一随机振动载荷下的疲劳寿命测试，获取随机疲劳寿命；建立与夹芯结构试验件一致的动响应数值分析模型，求解剪切均方根应力；计算窄带激励下的峰值层间剪切应力；建立R＝‑1等幅值疲劳条件下的双参数层间剪切疲劳寿命模型；将随机疲劳寿命t<subgt;0</subgt;、窄带激励下的峰值层间剪切应力以及层间剪切静强度τ<subgt;ult</subgt;代入双参数层间剪切疲劳寿命模型中，计算获取与材料相关的拟合常数β；将与材料相关的拟合常数β代入双参数层间剪切疲劳寿命模型中并绘制成曲线，得到随机载荷下的剪切均方根应力与疲劳寿命曲线。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中疲劳寿命曲线确定试验成本高的技术问题。

技术研发人员：姚婉婷,张旭东,刘懋霖,杨东,张宇晗
受保护的技术使用者：北京空天技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/4/17