(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210836625.6 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 中国航发北京航空材 料研究院 地址 100095 北京市海淀区温泉镇环山村 (72)发明人 李敬轩　肖纳敏　 (74)专利代理 机构 北京知汇林知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11794 专利代理师 王俊杰 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G01N 3/06(2006.01) G01N 3/32(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 用于薄壁高阶次振动疲劳试验的试样设计 方法 (57)摘要 本发明具体是涉及一种用 于薄壁高阶次振 动疲劳试验的试样设计方法， 包括以下步骤： 获 取待测试样材料的固有属性数据。 选择待模拟工 件的受力状态、 振动阶次和待测试样的初始尺 寸。 通过受力状态对待测试样拟定初始试验阶 次。 确定待测试样的特定位置。 在特定位置添加 理想化质点， 利用有限元软件对 所述理想化质点 进行模态分析和带阻尼系数的谐波响应 分析， 得 到待测试样的理想振型、 理想固有频率和最大应 力处的理想应力值。 确定振动试验台的加速度和 频率。 根据固有属性数据、 特定位置、 质量和形 状， 将理想化质点实体化， 利用有限元软件对实 体化质点进行模态分析和谐波响应 分析， 得到待 测试样的近似振型、 近似频率和近似应力值， 判 定试样是否满足要求。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 115146511 A 2022.10.04 CN 115146511 A 1.一种用于薄壁高阶次振动疲劳试验的试样设计方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取待测试样材 料的固有属性数据； 选择待模拟工件的受力状态、 振动阶次和所述待测试样的初始 尺寸； 通过所述受力状态对所述待测试样 拟定初始试验阶次； 根据所述待测试样高阶次时的最大受力部位的受力模式确定所述待测试样的特定位 置； 在所述特定位置添加理想化质点， 利用有限元软件对所述理想化质点进行模态分析和 带阻尼系 数的谐波响应分析， 得到所述待测试样的理想振型、 理想固有频率和最大应力处 的理想应力值； 根据所述理想振型、 理想 固有频率和最大应力处的理想应力值确定振动试验台满足试 验要求的加速度和频率； 根据所述待测试样的固有属性数据、 特定位置、 质量和形状， 将所述理想化质点实体 化， 得到实体化质点， 利用有限元软件对所述 实体化质点进 行模态分析和谐波响应 分析， 得 到所述待测试样的近似 振型、 近似频率和最大应力处的近似应力值； 根据所述振动试验台的加速度和频率， 结合所述近似振型、 近似频率和近似应力值， 判 定所述待测试样是否满足要求。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述判定所述待测试样是否满足要求， 包 括： 当所述振动试验台能在所述近似固有频率给所述实体化质点提供加速度并使得所述 实体化质点在所述最大应力处的近似应力值达到高阶振动的试验要求， 则所述待测试样满 足试验要求， 否则不满足要求， 对不满足要求的试样进 行尺寸修正并重复实体化质点试验， 直到所述试样满足要求。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述待测试样材料采用薄壁金属材料， 所 述固有属性数据包括材 料密度、 弹性模量和泊松比参数。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述待模拟工件选择航空发动机叶片尖 端， 所述受力状态为主应力垂直于所述待测试样表面的正负交替。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述利用有限元软件对所述理想化质点进 行模态分析和带阻尼系数的谐波响应分析， 之前包括： 利用所述有限元软件模态分析模拟计算所述理想化质点的固有频率、 振型和相对应 力。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述阻尼系数由空气和所述待测试样两部 分组成， 计算时作恒定阻尼系数。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述将所述理想化质点实体化， 包括： 利用所述有限元 软件通过三维建模的方式将所述理想化质点实体化。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述理想化质点模拟初始尺寸下的待测试 样。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115146511 A 2用于薄壁高阶次振动疲劳试验的试样设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及金属材料弯曲疲劳性能、 耐久性测试的技术领域， 特别是涉及一种用 于薄壁高阶次振动疲劳试验的试样设计方法。 背景技术 [0002]材料的疲劳是一种结构在循环载荷作用下出现失效的现象。 即使材料受到的应力 远低于材料 的静态强度， 也可能会发生这种类型 的结构损伤， 疲劳是造成机械结构失效最 常见的原因。 学术界与工程界对疲劳展开了大量的研究， 进展飞速， 但在研究结构疲劳时， 往往忽略了结构动态特性(如： 固有频率、 结构阻尼等)的影响。 由于现代工业的蓬勃发展， 工程结构所处的振动环境日趋复杂， 仍然采用常规的疲劳破坏理论已难以精确地估算结构 的疲劳寿命， 或者无法解释工程上某些 结构疲劳破坏问题。 [0003]一般的疲劳测 试设备的测 试频率通常在100Hz左右， 控制精度不够高且难以达到 结构自由振动时的固有频率， 以发动机叶盘叶片尖端振动测试为例， 若要模拟真实的试验 环境， 需要以完整的叶盘结构高速旋转来 实现， 不仅试验难度及 对试验设备要求极高， 而且 不能实时监测叶片尖端的位移及应力情况， 同时完整叶盘高额造价也与试验的初衷不符。 然而利用振动疲劳测试试验模拟使得相关试验数据获取成为可能， 国内外针对整体结构已 开展了多种尺度工件的振动疲劳测试 试验研究。 [0004]因此， 一般 的震动疲劳测试设备只针对大试样还是小试样的一阶振动疲劳， 这些 试样不需要很大 的加速度， 故无法对薄壁方板做高阶次振动。 如果对设备本身进行修改或 者更换所产生的成本比较高昂， 不利于扩展薄壁高阶次振动疲劳的应用范围。 发明内容 [0005]基于此， 有必要针对上述技术问题， 提供一种成本较低且能准确模拟高阶次振动 疲劳过程的用于薄壁高阶次振动疲劳试验的试样设计方法。 [0006]一种用于薄壁高阶次振动疲劳试验的试样设计方法， 所述方法包括： [0007]获取待测试样材 料的固有属性数据； [0008]选择待模拟工件的受力状态、 振动阶次和所述待测试样的初始 尺寸； [0009]通过所述受力状态对所述待测试样 拟定初始试验阶次； [0010]根据所述待测试样高阶次时的最大受力部位的受力模式确定所述待测试样的特 定位置； [0011]在所述特定位置添加理想化质点， 利用有限元软件对所述理想化质点进行模态 分 析和带阻尼系 数的谐波响应分析， 得到所述待测试样的理想振型、 理想固有频率和 最大应 力处的理想应力值； [0012]根据所述理想振型、 理想固有频率和最大应力处的理想应力值确定振动试验台满 足试验要求的加速度和频率； [0013]根据所述待测试样的固有属性数据、 特定位置、 质量和形状， 将所述理想化质点实说　明　书 1/6 页 3 CN 115146511 A 3