《複雜激勵下飛機載流管道系統振動疲勞分析技術研究》是依託南京航空航天大學，由鄭敏擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：複雜激勵下飛機載流管道系統振動疲勞分析技術研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：鄭敏
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對工作狀態下的飛機載流管道系統，考慮其受到非平穩激勵和流固耦合的共同影響，導致系統固有動態特性發生改變，且管道回響也具有非平穩非線性時變特徵，擬採用時頻域方法對成份複雜的管道回響信號進行分析，研究載流管道振動疲勞分析技術以及各種因素引起的流體不穩定流動對管道振動疲勞壽命的影響，探索出一種實用的載流管道振動疲勞損傷/壽命估計方法，為維修和設計人員提供參考，更加有效地避免載流管道系統故障，保障飛機飛行安全。本項目的特色：流固耦合系統在內外非平穩工作載荷作用下，不僅固有動力學特性不同於無流體和非工作狀態，而且流體不穩定流動會導致管道結構受載狀況和固有動力學特性都具有時變特徵，管道結構應力同受載頻率的關係更加複雜。本項目創新性：研究內容上首次考慮流固耦合中流體不穩定流動引起結構和流體動力學特性的改變對管道振動疲勞壽命的影響，研究方法上首次將時頻域法用於考慮流固耦合影響的結構振動疲勞分析。
結題摘要
研究背景及意義：一方面，現實中工作狀態下的飛機載流管道系統不可避免地存在管道結構同內部流體的相互耦合作用，另一方面，不可避免地受到多種成分複雜激勵的作用，例如基礎結構傳過來的各種隨機載荷、系統內部如泵、閥等工作引起的脈動載荷，造成載流管道系統的振動回響成分更加複雜，具有時變特徵，結構應力也不同於非工作狀態和沒有流體耦合的情況，振動疲勞壽命必然有所不同。現有的振動疲勞壽命分析方法主要有時域和頻域兩種，時域法所需數據量大，效率低；基於回響功率譜密度的頻域法要求信號平穩，頻率不隨時間改變，對於具有時變特徵的回響無能為力。本項目提出採用適合於非平穩時變回響的時頻分析方法來研究載流管道的振動疲勞壽命，更好地為維修和設計人員提供參考，更加有效地避免載流管道系統故障，保障飛機飛行安全。本項目採用的時頻分析方法主要包括：短時傅立葉變換（SFFT）和HILBERT-HUANG變換（HHT），主要研究內容及結果包括：1.掌握了識別複雜載荷激勵下的流固耦合系統動力學固有特性方法。本項目並非僅把流體當作施加在管道結構上的外載荷，而是真正考慮流固耦合相互作用，既包含流體對結構動力學特性的影響，也包括結構對流體動力學特性的影響，研究了考慮流固耦合影響的管道振動方程及其求解，以及採用時頻信號處理技術對包含非平穩複雜成分的回響進行處理和分析，識別出了系統各階模態。2.掌握了利用複雜回響應力的時頻譜對結構進行振動疲勞分析的方法。目前大量使用的振動疲勞分析方法是時域和頻域法，對於非平穩具有時變特性的系統，採用時頻信號處理方法是最合適的。本項目對得到的回響信號首先進行時頻譜分析，然後對時間進行積分，得到類似於頻域功率譜密度的能量譜，對載流管道結構做了振動疲勞分析。3.掌握了多種因素（如流速、流體壓力、溫度、脈動頻率、管道幾何參數等）對載流管道結構振動疲勞壽命的影響特點，得到的具體結論如下：管道結構和流體溫度越高，管道結構振動疲勞壽命越短；脈動頻率越高，管道結構振動疲勞壽命越短；液體流速越高，管道結構振動疲勞壽命越短；液體壓力越高，管道結構振動疲勞壽命越短；管道越長，管道結構振動疲勞壽命越短；管道越細，管道結構振動疲勞壽命越短；管道壁越薄，管道結構振動疲勞壽命越短；多種激勵下，管道結構振動疲勞壽命比單一激勵下短且短很多，並不是簡單的疊加關係。
