(19)中华 人民共和国 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 202111272510.0 (22)申请日 2021.10.2 9 (71)申请人 沈阳航空航天大 学 地址 110136 辽宁省沈阳市道义经济开发 区道义南大街37号 (72)发明人 沙云冬　唐晓宁　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 代理人 李珉 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑非线性跳变响应的高低周复合疲 劳寿命预估方法 (57)摘要 本发明提供一种考虑非线性跳变响应的高 低周复合疲 劳寿命预估 方法， 涉及飞行器寿命评 估技术领域。 本发明采用理论分析和数值模拟， 得到了热声载荷耦合作用下薄壁结构复杂的动 态响应， 结构进行大挠度运动时， 应力循环不对 称， 即出现平均应力， 因此， 需要采用平均应力模 型对平均应力进行等效化处理， 采用改进的雨流 计数法和Miner线性损伤累积理论对特定热声载 荷作用下的结构进行高低周复合疲劳寿命估算。 本发明的计算方法对理解热声载荷下航空薄壁 结构的非线性响应的机制和特性， 以及进行薄壁 结构的抗声疲劳 设计具有重要的参 考价值。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 113971346 A 2022.01.25 CN 113971346 A 1.一种考虑非线性跳变响应的高低周复合 疲劳寿命预估方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1： 对金属薄板结构进行有预应力的模态分析， 用于计算有预应力结构的固有频率 和模态； 步骤2： 依据Von  Karman薄板大挠度理论得到热声复合载荷作用下的薄板大挠度运动 方程， 基于伽辽金法将薄板的大挠度运动方程转换为模态坐标系 下的常微分方程， 通过求 解， 得到热声载荷下非线性跳变响应的薄板结构的应力应变， 通过薄板结构屈曲分析理论， 确定薄壁板的临界屈曲温度； 步骤3： 利用基于优化的雨流计数法， 结合线性疲劳损伤理论， 建立热噪声环境下的疲 劳损伤模型； 考虑平均应力对 模型的影响， 对薄壁结构的高低周复合 疲劳寿命进行估计。 2.根据权利要求1所述的一种考虑非线性跳变响应的高低周复合疲劳寿命预估方法， 其特征在于， 所述 步骤2具体包括以下步骤： 步骤2.1： 对坐标进行正交化处理， 得到了热声复载荷作用下的薄板的大挠度运动方 程， 求解得到非线性跳变响应的薄壁结构的应力应 变； 所述薄壁板在热声载荷作用下的大挠度运动方程写为： 其中， ρ 为密度； ξ为阻尼系数； μ为材料泊松比； α为热膨胀系数； T为板局部温度； h为板 的厚度； w为z方向位移； θ表示沿着板厚度h变化的温度梯度； F为引入的应力函数； β 为材料 参数； P为外 部压力； D＝E h3/12(1‑μ2)， 为板的抗弯模量； t 表示应力作用时间； 根据伽辽金法， 化简成低阶次常微分方程， 依据伽辽金 方法， 可知： ∫ ∫LWdxdy＝0 式中L为薄壁板在热声载荷作用下的大挠度运动方程； W表示薄壁板在热声载荷作用下 的横向位移函数； 设外载荷P是分离变量型的随机载荷： P(x,y,t)＝R(x,y)g(t) 假定f(x,y)是空间上均匀分布的确定性函数， 表示为： R(x,y)＝1， g(t)表示随着时间 随机变化的随机载荷； 所述的非线性跳变响应的薄壁结构的应力应 变如下所示： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113971346 A 2其中σx为面内膜内力， σy为弯曲应力， σxy为沿着厚度方向变化的温度梯度引 起的热应 力， εx、 εy、 εxy为其相应的应 变； 为沿板厚h的平均温度； 步骤2.2： 通过薄壁结构屈曲分析理论， 确定非线性跳变响应的薄壁板的临界屈曲温 度； 所述的非线性跳变响应的薄壁结构的临界屈曲温度计算公式如下 所示： T＝T0+T0δvfv(x,y)+T0δgfg(x,y) 其中T0δv为整个板面上温度变化值的幅值， fv(x,y)为薄板面上点(x,y)处温度变化函 数； T0δg为沿板厚度变化的温度的幅值， fg(x,y)表示任一点(x,y)处温度变化函数； 温度t0 为薄壁板平均温度与常温的温差， T0为无量纲处 理后的温度。 3.根据权利要求1所述的一种考虑非线性跳变响应的高低周复合疲劳寿命预估方法， 其特征在于， 所述 步骤3具体包括以下步骤： 步骤3.1： 热声载荷作用下， 结构进行大挠度非线性振动， 薄膜应力使得应力循环不对 称， 运用平均应力模型获得 具有相同损伤的零均值 等效应力； 所述平均应力模型采用真实断裂强度Sf， 对Goodman公式进行修正， 得到Morrow  TFS公 式， 表示为： 式中Sar表示等效零均值循环的幅值； Sa表示循环幅值； Sm表示循环均值； Sf表示真实断 裂强度； 步骤3.2基于Miner线性疲劳损伤累计理论， 计算出不同热声载荷作用结构的非线性跳 变响应的薄壁结构高低周复合 疲劳寿命T； 所述的非线性跳变响应的薄壁结构高低周复合 疲劳寿命T的计算公式如下 所示： 其中， Tr为实践历程的终点； Smin为应力循环最小值； Smax为应力循环最大值； Nf(Smin, Smax)为应力循环(Smin,Smax)的作用下的疲劳寿命； RFD(Smin,Smax)为二维雨流循环损伤 矩阵。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113971346 A 3