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本文针对航空薄壁结构随机声疲劳问题,基于薄壁结构在随机声激励下的振动响应的计算和分析,研究了随机声疲劳寿命预估的局部应力应变场强法,重点研究了薄壁结构局部应力应变场强的计算以及建立基于局部应力应变场强法的声疲劳寿命预估模型,在此基础上,将该方法应用于某型航空发动机燃烧室火焰筒声疲劳寿命估算。 1.开展了薄壁开孔柱壳结构在有限带宽高斯白噪声激励下的振动响应计算。采用耦合的有限元(FEM)和边界元(BEM)方法,首先建立了两种不同开孔方式的薄壁柱壳结构的有限元模型,并进行了动力学特性计算,然后建立边界元模型,实现了振动响应计算,获得了薄壁结构在不同声压级载荷作用下的振动响应结果,并比较分析了开孔方式对振动响应的影响。 2.研究了基于局部应力应变场强理论的声疲劳寿命估算方法,以此建立了随机声疲劳寿命预估模型,并编写了相关计算程序。研究了局部应力应变场强理论,推导了损伤半径的求解公式,即可利用有限元技术,结合应力应变场强公式计算局部应力应变场强参数;基于雨流循环计数法则,对局部应力应变场强谱进行循环计数;应用应变疲劳Smith-Watson-Topper损伤公式进行损伤计算;最后根据Miner线性累积损伤准则,对损伤进行累积,确定结构疲劳寿命。 3.建立了某型航空发动机燃烧室火焰筒结构有限元模型,完成了模态计算,采用耦合的有限元(FEM)和边界元(BEM),完成了火焰筒结构在实测噪声载荷作用下的振动响应计算,并分析了其模态和振动响应特征;应用建立的基于局部应力应变场强法声疲劳寿命估算模型,完成了火焰筒结构在随机噪声激励下的疲劳寿命估算,并将其寿命结果与采用应力概率密度法获得的寿命估算结果进行了比较。 本文研究的基于局部应力应变场强法的薄壁结构随机声疲劳寿命估算方法,对航空薄壁结构随机声疲劳寿命估算具有一定的应用价值。