飞行器径向连接螺栓振动断裂分析

2021-06-16瞿绍奇孙英超邬亨贵李延平张伟

航空学报 2021年5期

瞿绍奇,孙英超,邬亨贵,李延平,张伟

航空工业洪都,南昌 330024

飞行器结构在使用服役期间,往往由于经受振动环境造成飞行器结构在一些关键部位发生破坏,导致飞行器结构或功能失效[1-2]。当前,结构振动疲劳受到国内学者和工程师的重视[3-6],针对具体工程问题开展了深入研究[7],获得了很多具有工程指导意义的成果[8-15]。

振动环境下结构应力响应分析有时域和频域2种分析方法。时域分析方法存在获取典型载荷-时间历程较困难,以及结构应力响应处理计算量巨大等问题,在工程结构中应用较少。基于功率谱密度的频域分析方法因计算简单、不需要循环计数的优点,广泛用于结构随机振动疲劳寿命分析[16-17]。

本文针对某飞行器套接径向螺栓在振动试验中发生断裂,应用频域分析方法对其进行振动疲劳寿命估算。由于频率分析方法无法适用于存在边界非线性结构,然而,径向连接螺栓在传力特性上和本体之间固然存在接触非线性关系；工程上对该类问题的研究偏少[18-19]。为克服该困难,论文尝试对线性模型进行有限元频响分析获得螺栓的载荷功率谱密度(Power Spectrum Density,PSD)；通过螺栓剪力与螺栓头根部弯曲应力的工程计算关系,建立载荷与应力的参数化转换关系,获得螺栓断裂部位的名义应力功率谱密度,并采用Dirlik经验公式[20],联合Miner线性累积损伤模型和经应力集中系数修正的材料S-N曲线,对飞行器径向连接螺栓振动疲劳寿命进行估算。