摘要
工程实际中，大多数机械结构都承受着随机载荷的作用，而且往往是多轴载荷。目前，对于单轴随机载荷下的疲劳寿命计算，已经有了较为成熟的理论，但多轴随机载荷下，结构的应力状态更为复杂，疲劳累积损伤难以估算。现如今，还没有一种理论能准确的计算多轴随机载荷下的结构疲劳寿命，尚需更深入的研究。针对结构在多轴随机载荷下的疲劳寿命计算，本文提出了一种基于多轴能量响应的混合时域-频域方法。论文包含以下部分: 首先，本文对国内外单轴、多轴随机振动试验方法进行了回顾，分析了其单轴与多轴试验方法、数据计算方法的不同。同时，在对多轴随机振动下试件的应力应变关系进行了分析的基础上，提出了一种新的多轴随机振动响应数据测量方法。该方法考虑两方向激振得到的响应数据，并用其预测了试件的疲劳寿命。 其次，本文利用现有的振动台，对7075-T651铝合金试件进行了一系列试验，并对试验结果进行了分析:(1)进行了模态试验，确定了试件的固有频率;(2)对三组十二根试件进行了多轴随机振动对比试验，得到了不同宽带激励信号下试件的疲劳寿命;(3)通过单轴与多轴加载工况试件的断口对比、输入和响应应力对比、寿命对比研究，得到了单轴和多轴载荷工况下结构疲劳破坏的差异。 然后，本文在现有的随机振动寿命预测模型研究的基础上，提出了一种基于多轴能量响应的混合时域-频域方法，该方法直接将多轴随机载荷激励下的能量响应代入计算，并且兼顾了频谱法计算简便和时域法预测结果准确的优点。 最后，通过编写MATLAB程序完成了多轴随机振动试验从数据导入到寿命预测结果输出的全过程。将本文所提出的基于多轴能量响应的混合时域-频域方法预测的结构疲劳寿命与试件在同等加载条件下的试验寿命进行对比，结果表明，本文提出的寿命预测方法计算更为简便，并且预测结果较为准确。同时，通过试验结果与预测结果的对比，本文还分析了一些因素，如能量、配重、带宽等对结构疲劳寿命的影响。
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