摘要
高超音速飞行器服役过程中的主要环境为变温循环下的随机振动载荷激励。其结构关键位置在这种恶劣环境下极易产生裂纹，进而快速扩展，致使结构发生疲劳破坏并失效。因此，深入研究连续变温环境下的振动疲劳寿命预测方法，有助于提高高超音速飞行器的强度设计技术，保证飞行器的安全可靠服役，有效预防事故的发生，具有重要的理论价值与工程实际意义。 本文通过对常温频域下振动疲劳损伤模型研究，根据损伤模型中的材料S-N曲线参数与温度相关的特性，提出了基于高温S-N曲线参数的频域振动疲劳寿命预测方法。该方法首先通过算例分析了相同功率谱统计参数下不同雨流幅值概率密度函数对时域雨流幅值的近似情况，并从理论上讨论了时域疲劳计算方法与频域疲劳计算方法的差别及相应的优缺点。 在基于高温S-N曲线的频域振动疲劳寿命预测模型的基础上，提出了一种基于双线性插值的变温频域振动疲劳寿命预测模型。该模型将载荷-温度混合信号分离成应力-时间载荷信号与温度-时间载荷信号，并通过细分法，将连续变化的温度-时间历程，转化为一系列较小的恒温区间，从而将变化的温度对损伤的动态影响转化为细分下的温度区间与该区间在时间轴上所占的权重系数联合控制的损伤累积。 通过MATLAB数值模拟的方法，将镍基高温合金GH4169在变温宽带高斯振动载荷下时域疲劳寿命预测结果与所提出模型的预测寿命进行比较，预测结果较好，预测误差在三倍因子之内。同时在对寿命预测的研究过程中发现，幅值概率密度函数的选取对预测结果具有直接的影响。此外，由于所提出的模型是基于有限S-N曲线的双线性插值来实现的，因此具有计算成本低，实现速度快的优点。
NETL