基于静动疲劳分析的结构抗疲劳分析方法及系统与流程

本发明涉及智能制造中结构部件的动和静平衡测试，尤其涉及一种基于静动疲劳分析的结构抗疲劳处理方法及系统。

背景技术：

1、机载外挂物通过悬挂装置挂载于飞机，悬挂装置包括悬挂接口和安装结构两部分，悬挂接口为标准接口，方便与飞机挂架连接。

2、传统安装结构与悬挂接口采用螺纹配合、焊接或一体制造成型，并焊接于外挂物主体。悬挂接口和安装结构串联承受整个外挂物载荷，在螺纹及焊缝处容易产生应力集中。由于安装结构与外挂物焊接一体，一旦出现损伤，外挂物整体将不能继续挂载使用。

3、发明人设计了一种新的安装结构，包含安装座、垫块及密封结构。安装结构部件与外挂物之间采用螺栓连接，而不采用焊接，连接螺栓的螺纹均布置在垫块上，避免外挂物攻丝，能显著提高外挂物主体结构使用寿命；对于垫块和安装座，则可拆卸螺钉更换延寿。

4、原有的机载外挂物和悬挂装置在结构设计中往往只考虑了结构静强度，强度储备较大，安全系数也就很高，机载外挂物的挂飞设计寿命极低。外挂物在使用过程中的应力水平远低于结构疲劳的许用应力，这样多次挂飞结构所面临的疲劳强度问题就被掩盖起来了。

5、与低挂飞寿命的产品设计时只需要考虑静强度问题不同，采用新的悬挂装置安装结构的高挂飞寿命机载外挂物增加了结构部件和螺栓连接的方式，在执行挂机飞行任务时，面临力学环境，其中包括静载荷、振动载荷以及冲击载荷，这些载荷在螺栓连接结构中可能变得更严酷，因此其多次循环带来的疲劳问题不可忽略。在设计、生产与验证过程中，更需要考虑悬挂装置安装结构的抗疲劳设计，通过合理的设计方法来提高产品的挂飞寿命，并通过仿真与试验验证对产品进行迭代优化设计，以较低的经济成本满足挂飞次数要求。

技术实现思路

1、本发明目的在于公开一种基于静动疲劳分析的结构抗疲劳处理方法及系统，以提高结构的灵活性并确保可靠性。

2、为达上述目的，本发明公开的基于静动疲劳分析的结构抗疲劳分析方法包括：

3、步骤s1、建立基于基础结构所设计的第一方案所对应的第一有限元模型，所述基础结构包括悬挂接口、外挂物主体、安装座、垫块及用于紧固的螺栓，所述安装座限位在所述悬挂接口与所述外挂物主体之间，且所述安装座以螺栓与所述垫块固定连接，所述外挂物主体以螺栓与所述垫块固定连接；其中，所述螺栓在有限元模型中以梁单元进行建模，所述悬挂接口采用标准件；

4、步骤s2、根据所述第一有限元模型计算所述结构在相对应工况中的静载荷疲劳寿命和动载荷疲劳寿命；然后结合静动疲劳分别计算所述外挂物主体、所述安装座及所述垫块的总寿命；计算总寿命的具体算法为：

5、提取所述外挂物主体的静载荷疲劳寿命n1和动载荷疲劳寿命n2计算得到所述外挂物主体总寿命n3，其中，；

6、提取所述安装座主体的静载荷疲劳寿命n4和动载荷疲劳寿命n5计算得到所述外挂物主体总寿命n6，其中，；

7、提取所述垫块的静载荷疲劳寿命n7和动载荷疲劳寿命n8计算得到所述外挂物主体总寿命n9，其中，。

8、优选地，本发明方法还包括：

9、步骤s3、建立基于基础结构所设计的第二方案所对应的第二有限元模型；

10、步骤s4、根据所述第二有限元模型计算所述结构在与步骤s2相同工况中的静载荷疲劳寿命和动载荷疲劳寿命；然后结合静动疲劳分别计算所述外挂物主体、所述安装座及所述垫块的总寿命；

11、步骤s5、比较第一方案和第二方案所分别对应的所述外挂物主体、所述安装座及所述垫块的总寿命，根据比较结果确定进入下一轮方案比较的晋级方案。

12、优选地，本发明方法还包括：初步确定各迭代方案中相应参数所对应的范围，包括：螺栓的数量范围、螺栓的直径分布点集、螺栓的边距范围、相邻螺栓孔中心的最小距离、所述安装座的尺寸范围及所述垫块的尺寸范围，所述外挂物主体的最小寿命要求；相对应的，用于晋级的迭代算法在所设置的参数范围内所对应的目标函数为满足所述外挂物主体的最小寿命要求、并使得所述安装座与所述垫块之间总寿命的较小值最大。

13、为达上述目的，本发明还公开一种基于静动疲劳分析的结构抗疲劳分析系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。

14、本发明具有以下有益效果：

15、1、以悬挂接口、外挂物主体、安装座、垫块及螺栓组成的基础结构替换传统安装结构，便于通过设计将应力集中处定位于垫块和安装座处，进而能灵活地通过更换垫块和/或安装座来延长外挂物主体的使用寿命。由于垫块及安装座更换成本远低于外挂物主体的成本，从而大幅节约了成本。而且，以螺栓连接方式替换传统的焊接，连接螺栓的螺纹均布置在垫块上，避免了外挂物攻丝，能显著提高外挂物主体结构使用寿命。

16、2、在基础结构的寿命分析过程中，采用同一有限元模型以充分考虑结构之间的关联性，并对外挂物主体、安装座及垫块在同样的静载荷和动载荷工况下各自的总寿命单独进行计算，从而可快速并精准地确定部件更换策略，从而确保实际使用过程中的可靠性。

17、3、便于基于基础机构的多个方案之间的自动寻优，进一步提高了技术实施的便捷性、并确保足够冗余的可靠性。

18、下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种基于静动疲劳分析的结构抗疲劳分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基础结构中，所述安装座设置有与所述悬挂接口对接的孔并呈倒t型，所述安装座的孔壁嵌入所述外挂物主体与所述悬挂接口之间。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

5.一种基于静动疲劳分析的结构抗疲劳分析系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至4任一所述的方法。

技术总结
本发明涉及智能制造中结构部件的动和静平衡测试技术领域，公开一种基于静动疲劳分析的结构抗疲劳分析方法及系统，以提高结构的灵活性并确保可靠性。方法包括：建立基于基础结构所设计的第一方案所对应的第一有限元模型，基础结构包括悬挂接口、外挂物主体、安装座、垫块及用于紧固的螺栓，安装座限位在悬挂接口与外挂物主体之间，且安装座以螺栓与垫块固定连接，外挂物主体以螺栓与垫块固定连接；其中，螺栓在有限元模型中以梁单元进行建模，悬挂接口采用标准件；根据第一有限元模型计算结构在相对应工况中的静载荷疲劳寿命和动载荷疲劳寿命；然后结合静动疲劳分别计算外挂物主体、安装座及垫块的总寿命以确保各部件及整体的确保可靠性。

技术研发人员：罗伟峰,桂秦锋,张琼,陈明,邓劭廷,章海亮,薛景丹,李斌,陈军,胡飞,吴寒
受保护的技术使用者：湖南云箭科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16