发动机管路输送系统的振动可靠性分析

论文摘要

本文以某发动机工作时产生的振动使得与发动机相连的管路系统发生泄漏而产生的故障为背景,主要讨论随机过程激励下结构的动力反应、动力可靠度计算和结构动力优化设计等三个方面的问题。结构动力可靠性的理论基础是随机振动理论,但由于荷载的不确定性使得结构随机振动微分方程的建立和求解变得十分复杂,本文从结构随机振动的基本理论出发,考虑到线性情况下,随机常微分方程的均方解与其对应的确定性微分方程的确定解有相同的形式,利用虚拟激励法,用已知的加速度谱密度构造虚拟激励,将平稳随机振动的计算转化为稳态简谐响应计算,从频域角度推得结构的随机反应计算公式。随后利用Rice公式求得正态随机反应的界限超越率,假设反应过程与给定界限的交叉次数服从Poisson过程,给出Poisson假设下的结构动力可靠度计算式,假设材料疲劳寿命满足对数正态分布,利用Basquin方程给出结构累积损伤和疲劳寿命计算公式,从而实现结构在首次超越和疲劳破坏两类准则下的动力可靠性计算。然后以基于Poisson假设的首超破坏理论为基础,将可靠度要求引入约束条件,给出基于动力可靠度的结构尺寸优化设计数学模型,从而实现对结构的动力优化设计。本文所做的理论分析具有一定的实际意义。作为算例,本文以某发动机中的一输送管路为研究对象,将发动机振动产生的加速度看作是管路的支座激励,通过虚拟激励法求得结构的随机动力反应,然后利用动力可靠性理论求得结构的动力可靠度,并在此基础上进行动力优化设计,从而提高了结构可靠性。作为对比,本文用有限元软件对结构进行了随机反应分析和随机疲劳计算,从计算结果可以看出本文方法简单有效,且偏于保守。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 基本概念
• 1.2 论文背景和意义
• 1.3 历史和研究现状
• 1.3.1 结构可靠性发展简介
• 1.3.2 结构动力可靠性发展简介
• 1.3.3 结构动力可靠性优化设计发展简介
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 结构可靠性基本理论
• 2.1 结构可靠性基本原理和基本公式
• 2.1.1 结构分析中的不确定性
• 2.1.2 结构功能函数与结构极限状态
• 2.1.3 结构可靠度的普遍表达式
• 2.2 结构可靠性的动态模型
• 2.2.1 动态可靠性基本概念
• 2.2.2 应力随机过程
• 2.2.3 半随机过程模型
• 2.3 疲劳可靠性概述
• 2.3.1 疲劳寿命的理论分布模型
• 2.3.2 S-N曲线模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 结构随机振动基本理论
• 3.1 确定性振动分析
• 3.2 结构随机干扰模型
• 3.3 线性结构随机振动分析
• 3.3.1 单自由度线性体系随机反应分析
• 3.3.2 多自由度线性体系随机反应分析
• 3.4 随机振动的虚拟激励法
• 3.5 本章小结
• 第4章 结构动力可靠性计算
• 4.1 结构的破坏准则
• 4.1.1 首超破坏准则
• 4.1.2 疲劳破坏准则
• 4.2 随机反应超越界限的概率分析
• 4.3 动力可靠性计算
• 4.3.1 基于首超破坏准则的动力可靠性分析
• 4.3.2 随机累积损伤与疲劳可靠性分析
• 4.3.3 动力可靠度计算公式的简化
• 4.4 结构系统动力可靠性界限
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于可靠度的结构动力优化设计
• 5.1 概述
• 5.2 基于动力可靠度的结构尺寸优化设计
• 5.2.1 数学模型
• 5.2.2 可靠性约束的处理
• 5.3 基于系统动力可靠性的结构优化设计
• 5.4 算例分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 管路输送系统振动可靠性分析
• 6.1 概述
• 6.2 集中质量模型的动力可靠性分析与优化设计
• 6.2.1 结构随机振动分析
• 6.2.2 结构动力可靠度计算
• 6.2.3 结构动力优化设计
• 6.3 基于Ansys的随机振动分析与随机疲劳计算
• 6.3.1 初始结构动力分析与疲劳计算
• 6.3.2 优化结构动力分析与疲劳计算
• 6.4 本章小结
• 结论
• 一、结论
• 二、展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢