基于振動(dòng)疲勞耦合分析的船艇軸系壽命預(yù)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于振動(dòng)疲勞耦合分析的船艇軸系壽命預(yù)測(cè)方法，包括選擇測(cè)量時(shí)間點(diǎn)ti并測(cè)量船艇軸系處于該測(cè)量時(shí)間點(diǎn)ti時(shí)的固有頻率ωi(對(duì)n次測(cè)量，i＝1,2,3,…,n，i為正整數(shù))，再計(jì)算船艇軸系處于該測(cè)量時(shí)間點(diǎn)ti時(shí)的預(yù)期疲勞壽命Ni，最后計(jì)算船艇軸系處于該測(cè)量時(shí)間點(diǎn)ti時(shí)的剩余壽命Mi。本發(fā)明克服了現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)，從船艇軸系模型出發(fā)，基于振動(dòng)和疲勞耦合環(huán)境下對(duì)船艇軸系壽命進(jìn)行計(jì)算，解決了現(xiàn)有技術(shù)中未涉及到對(duì)船艇軸系進(jìn)行壽命計(jì)算及預(yù)測(cè)的問題，該方法易于理解，容易實(shí)現(xiàn)，更適于船艇軸系剩余壽命的計(jì)算及預(yù)測(cè)。
【專利說明】基于振動(dòng)疲勞耦合分析的船艇軸系壽命預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壽命預(yù)測(cè)方法，特別是涉及一種基于振動(dòng)疲勞耦合分析的船艇軸系壽命預(yù)測(cè)方法，屬于船艇動(dòng)力裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]船艇在航行中，軸系的振動(dòng)是影響船艇動(dòng)力裝置安全運(yùn)行的重要因素之一，若得不到有效控制，將出現(xiàn)一系列嚴(yán)重的后果，如軸系的斷裂等。為了對(duì)軸系的振動(dòng)做出正確的評(píng)價(jià)，避免破壞事故的發(fā)生，不僅在設(shè)計(jì)階段應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的振動(dòng)計(jì)算，還需要在運(yùn)行階段進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，以便考察該動(dòng)力裝置振動(dòng)特性是否達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)外已有很多研究者對(duì)振動(dòng)的理論計(jì)算及測(cè)試進(jìn)行了深入的探討和分析。
[0003]但是對(duì)于船艇軸系的壽命預(yù)測(cè)，現(xiàn)有方法則很少涉及。其中主要原因是:一是目前的校核標(biāo)準(zhǔn)，如許用應(yīng)力通常是由該軸的疲勞強(qiáng)度推導(dǎo)得出的，只要滿足標(biāo)準(zhǔn)，通常就認(rèn)為該軸系具有無(wú)限壽命，顯然，這不夠科學(xué)，也不具有針對(duì)性；二是因?yàn)檩S系所處的環(huán)境，對(duì)軸系進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)本身具有一定的復(fù)雜性。在動(dòng)載荷的作用下，船艇軸系會(huì)發(fā)生振動(dòng)，振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生交變應(yīng)力，如果長(zhǎng)期處于交變應(yīng)力環(huán)境下，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生疲勞損傷；另外，疲勞損傷的存在降低了結(jié)構(gòu)剛度，降低了結(jié)構(gòu)的固有頻率，影響了結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性。所以，軸系是處于振動(dòng)與疲勞耦合環(huán)境下的。如何預(yù)測(cè)船艇軸系的壽命，回答“還能用多久”的問題，很大程度上依賴于有效的振動(dòng)疲勞耦合分析模型。
[0004]現(xiàn)有關(guān)于振動(dòng)疲勞耦合分析的相關(guān)文獻(xiàn)，從應(yīng)用上看，均具有特定的適用環(huán)境，比如點(diǎn)焊接頭、板等，文獻(xiàn)中的動(dòng)態(tài)特性變化規(guī)律均基于這些模型展開討論，從而不適宜這里的振動(dòng)軸系壽命預(yù)測(cè)；從損傷形式看，局限于裂紋，文獻(xiàn)中壽命預(yù)測(cè)的主要理論依據(jù)是斷裂力學(xué)裂紋擴(kuò)展的損傷理論，而就船艇軸系而言，只要出現(xiàn)了裂紋，就必須及時(shí)采取措施，所以疲勞壽命指的是裂紋形成壽命，主要理論依據(jù)是經(jīng)典的疲勞累計(jì)損傷理論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:對(duì)船艇軸系進(jìn)行振動(dòng)疲勞耦合分析的基礎(chǔ)上，提供一種船艇軸系壽命預(yù)測(cè)方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種基于振動(dòng)疲勞耦合分析的船艇軸系壽命預(yù)測(cè)方法，包括選擇測(cè)量時(shí)間點(diǎn)\并測(cè)量船艇軸系處于該測(cè)量時(shí)間點(diǎn)h時(shí)的固有頻率Oi (對(duì)η次測(cè)量，i = l,2, 3，..., n, i為正整數(shù))，再計(jì)算船艇軸系處于該測(cè)量時(shí)間點(diǎn)\時(shí)的預(yù)期疲勞壽命Ni,最后計(jì)算船艇軸系處于該測(cè)量時(shí)間點(diǎn)\時(shí)的剩余壽命Mi,所述船艇軸系剩余壽命Mi的計(jì)算方法為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于振動(dòng)疲勞耦合分析的船艇軸系壽命預(yù)測(cè)方法，包括選擇測(cè)量時(shí)間點(diǎn)ti并測(cè)量船艇軸系處于該測(cè)量時(shí)間點(diǎn)ti時(shí)的固有頻率Oi (對(duì)η次測(cè)量，i = l,2, 3，..., n, i為正整數(shù))，再計(jì)算船艇軸系處于該測(cè)量時(shí)間點(diǎn)\時(shí)的預(yù)期疲勞壽命Ni,最后計(jì)算船艇軸系處于該測(cè)量時(shí)間點(diǎn)\時(shí)的剩余壽命Mi,其特征在于:所述船艇軸系剩余壽命Mi的計(jì)算方法為: 情況 1:ω0 < ω 時(shí)，Mi = N0-Na ； 情況 2:ω。〉〉ω^ωη> ω 時(shí)，
2.如權(quán)利要求1所述基于振動(dòng)疲勞耦合分析的船艇軸系壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于:所述選擇測(cè)量時(shí)間點(diǎn)\的方法為，選擇船艇軸系未使用時(shí)的剩余壽命Mtl的1/2處作為第一次測(cè)量時(shí)間點(diǎn)，即h = MV2，其后，每次測(cè)量時(shí)間點(diǎn)選在前一次測(cè)量后預(yù)測(cè)的剩余壽命的1/2處，即X2 = M/2,…，tn = M^/2，其中M1, M2,…，Mlri為測(cè)量時(shí)間點(diǎn)t” t2, - ,V1對(duì)應(yīng)的剩余壽命。
3.如權(quán)利要求1所述基于振動(dòng)疲勞耦合分析的船艇軸系壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于:所述預(yù)期疲勞壽命Ni的計(jì)算公式為Ni = (:(1/0°1 μ i_m，其中:μ i為船艇軸系固有頻率Oi對(duì)應(yīng)的振動(dòng)放大因子，m、C為船艇軸系疲勞曲線的兩個(gè)材料常數(shù)，Wp為船艇軸系的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)，T0為船艇軸系周期性干擾力矩的振幅。
4.如權(quán)利要求3所述基于振動(dòng)疲勞耦合分析的船艇軸系壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于:所述船艇軸系固有頻率％對(duì)應(yīng)的振動(dòng)放大因子Ui的計(jì)算公式為
【文檔編號(hào)】G01M13/02GK103837343SQ201410103259
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】董華玉, 楊智, 翟鏈 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍鎮(zhèn)江船艇學(xué)院