結(jié)構(gòu)共振疲勞試驗及裂紋構(gòu)件的振動疲勞耦合分析.pdf

1、工程中，任何結(jié)構(gòu)都存在不同程度的損傷，多數(shù)以裂紋模式存在。受外部激勵作用，結(jié)構(gòu)可能同時產(chǎn)生振動和疲勞現(xiàn)象，兩者之間相互耦合，從而引起新的科學(xué)問題。本文以典型結(jié)構(gòu)件的共振疲勞試驗結(jié)論為理論分析的依據(jù)，基于局部柔度理論，透過振動分析與疲勞裂紋擴(kuò)展理論研究裂紋梁和裂紋板的振動疲勞耦合效應(yīng)，探討裂紋擴(kuò)展下的結(jié)構(gòu)振動行為與振動對疲勞裂紋擴(kuò)展的影響。主要研究內(nèi)容和學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下：
　　 試驗方面，設(shè)計了激振器激勵的振動疲勞試驗系統(tǒng)，提出了共振

2、頻帶激勵的結(jié)構(gòu)壽命測試方法。以典型結(jié)構(gòu)件為對象，完成了不同工況下的結(jié)構(gòu)共振疲勞試驗。透過試驗現(xiàn)象觀察和試驗數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了影響結(jié)構(gòu)振動疲勞壽命的諸多因素，并討論了各因素與振動疲勞壽命之間的內(nèi)在聯(lián)系。
　　 理論方面，基于斷裂力學(xué)和能量原理，推導(dǎo)了橫向裂紋梁的局部柔度模型，計算了典型加載時常見形式裂紋均勻梁的局部柔度系數(shù)。以裂紋梁為對象，提出了裂紋梁的振動疲勞壽命分析方法，著重考慮結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性隨疲勞裂紋擴(kuò)展的變化。分析時，通過復(fù)彈

3、性模量引入阻尼損耗因子，Paris方程模擬裂紋擴(kuò)展，同步分析方法考慮振動與疲勞的耦合效應(yīng)。分析后發(fā)現(xiàn)，激勵頻率、阻尼以及模態(tài)等對疲勞裂紋擴(kuò)展具有重要影響，共振疲勞裂紋擴(kuò)展的阻尼效應(yīng)十分明顯，第一階共振疲勞破壞尤為嚴(yán)重。然后，考慮裂紋呼吸行為對振動與疲勞的作用，利用雙線性彈簧模型描述裂紋呼吸行為，通過Galerkin方法把裂紋梁簡化為單自由度系統(tǒng)，基于剛度時變性建立裂紋梁的參數(shù)振動方程，結(jié)合Coulomb干摩擦模型和能量耗散理論推導(dǎo)摩擦阻

4、尼損耗因子，應(yīng)用廣義Forman方程模擬裂紋擴(kuò)展。研究表明，裂紋閉合使梁的固有頻率下降速度減緩，縮短振動疲勞壽命，呼吸行為引發(fā)參數(shù)振動，導(dǎo)致振動不穩(wěn)定，摩擦阻尼對共振疲勞壽命影響顯著。以裂紋板為對象，建立了裂紋板的振動模型，并討論振動參數(shù)對板疲勞裂紋擴(kuò)展的影響。理論推導(dǎo)時，把結(jié)構(gòu)裂紋等效為附加外載荷，由力學(xué)平衡原理推導(dǎo)含裂紋項的板振動方程，通過Rice和Levy得到的應(yīng)力關(guān)系式形成裂紋項，經(jīng)Galerkin法把雙邊懸臂裂紋板簡化為單自由