【正文】 首次穿越破壞及某種振動瞬時值比例過大三種振動破壞模型 ， 模型 ， 筆者在 “ 振動環(huán)境工程 ” 一書中曾經(jīng)以對這四種破壞模型進(jìn)行了分析 ， 指出首次穿越是峰值破壞模型的特例 ， 瞬時值比例過大模型和峰值破壞模型也是一致的 ， 所以通常只考慮兩種振動破壞類型 。 MILA8870B(AS)振動、顫振和發(fā)散 其附錄 A中， 析，和動態(tài)疲勞壽命預(yù)計，并規(guī)定應(yīng)使用隨機(jī)振動試驗(yàn)得出的 SN曲線。所以建立和普及振動疲勞技術(shù)以代替以往只用靜態(tài)疲勞方法處理這些問題有非常重要的實(shí)用意義和經(jīng)濟(jì)價值，這也是振動工作者當(dāng)前面臨的一項(xiàng)非常重要的工作。 更重要的是：兩者在應(yīng)用中的抗疲勞設(shè)計和維修方法不相同，避免振動疲勞主要是避免共振和消除應(yīng)力集中，靜態(tài)疲勞只著重于后者。 4) 飛機(jī)炮架結(jié)構(gòu)裂紋 查明原因：該航炮連發(fā)頻率為 ，炮架結(jié)構(gòu)共振頻率與連發(fā)頻率的四倍頻一致，導(dǎo)致破壞。 工程中的振動疲勞問題舉例 1） 飛機(jī)液壓導(dǎo)管振裂，導(dǎo)致燒毀飛機(jī) 查明原因：該導(dǎo)管固有頻率為 535~537Hz，而液壓泵工作頻率 528~540Hz，激起導(dǎo)管共振破壞。 由此定義可見： 1）振動疲勞屬于常規(guī)疲勞問題的一個分支，其另一部分可以稱之為靜態(tài)疲勞問題。人們也發(fā)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)共振頻率下，比一般疲勞載荷小得多的載荷就能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動破壞。 . 振動產(chǎn)生噪聲污染環(huán)境。 結(jié)構(gòu)振動疲勞技術(shù) 西北工業(yè)大學(xué)振動沖擊噪聲工程技術(shù)中心 姚起杭 ? 目 次 ? 一、概述 ? 引言 ? 結(jié)構(gòu)振動疲勞問題的提出 ? 振動疲勞的定義 ? 工程中的振動疲勞問題舉例 ? 振動疲勞問題的特點(diǎn)及其與靜態(tài)疲勞的區(qū)別 ? 有關(guān)飛機(jī)設(shè)計規(guī)范中關(guān)于振動疲勞的規(guī)定 ? 二、振動疲勞分析方法 ? 振動破壞類型分析 ? 振動疲勞破壞 ? 振動峰值破壞（多次穿越破壞） ? 結(jié)構(gòu)振動疲勞壽命計算 ? 隨機(jī)振動應(yīng)力計算 ? 適用的振動疲勞曲線 ? 一般結(jié)構(gòu)的振動疲勞壽命計算 ? 周期振動 ? 隨機(jī)振動 ? 簡單結(jié)構(gòu)振動疲勞計算舉例 ? 薄壁結(jié)構(gòu)的振動疲勞壽命計算 ? 共振頻率計算 ? 確定細(xì)節(jié)聲額定強(qiáng)度 DSR ? 確定相關(guān)任務(wù)狀態(tài)及時間 ? 確定應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ? 振動疲勞應(yīng)力計算 ? 振動疲勞損傷計算 結(jié)構(gòu)振動疲勞壽命計算 綜合載荷作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核 結(jié)構(gòu)受到靜應(yīng)力和周期性振動應(yīng)力同時作用 結(jié)構(gòu)受到靜應(yīng)力與隨機(jī)振動應(yīng)力同時作用情況 三、防止結(jié)構(gòu)振動疲勞的設(shè)計原則 減輕振（聲）源強(qiáng)度的設(shè)計原則 降低結(jié)構(gòu)振動傳遞的設(shè)計原則 振動控制設(shè)計技術(shù) 結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計 附加復(fù)合阻尼層 微型動力吸振器 顆粒阻尼器 減振器技術(shù) 蒙皮壁板結(jié)構(gòu)抗振動疲勞設(shè)計的具體技術(shù) 結(jié)構(gòu)型式 工藝方法 連接方法 四、結(jié)構(gòu)振動疲勞試驗(yàn)的技術(shù)要求 試件要求 試驗(yàn)夾具及安裝要求 試驗(yàn)載荷譜及加載要求 試驗(yàn)結(jié)果處理 一、概述 引言 振動是物質(zhì)運(yùn)動的普遍形式之一，它是物體相對于一定位置的往復(fù)運(yùn)動現(xiàn)象。 ? 振動技術(shù)研究的進(jìn)展 傳統(tǒng)的振動技術(shù)研究主要側(cè)重于動力分析、振動測量、試驗(yàn)以及振動穩(wěn)定性和振動控制等等方面，筆者在上世紀(jì)末領(lǐng)導(dǎo)航空工業(yè)部結(jié)構(gòu)動力學(xué)課題研究期間和同仁們一起除致力于研究振動控制及振動試驗(yàn)技術(shù)外還開創(chuàng)了動力學(xué)設(shè)計、振動疲勞及動態(tài)可靠性技術(shù)研究，力圖推進(jìn)振動技術(shù)與設(shè)計、疲勞及可靠性技術(shù)的交叉，使其具有更廣泛的應(yīng)用價值與發(fā)展空間。 上世紀(jì)六十年代， 他們所著“機(jī)械系統(tǒng)的隨機(jī)振動”一書中，首次將振動疲勞描述為是一種不可逆的具有損傷累積性質(zhì)的振動破壞；顯然，這不是一個說明問題本質(zhì)的定義。 2）聲疲勞及沖擊引起的疲勞都是由于激起結(jié)構(gòu)共振而產(chǎn)生的疲勞，可以統(tǒng)一為振動疲勞問題或稱為動態(tài)疲勞。 2） 飛機(jī)加力燃油總管振裂、噴油，導(dǎo)致后機(jī)身燒毀。 振動疲勞問題的特點(diǎn)及其與靜態(tài)疲勞的區(qū)別 結(jié)構(gòu)共振是結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度、阻尼力與外力綜合平衡的頻域變化特征量，這時阻尼力分布是決定外力振動結(jié)構(gòu)響應(yīng)大小及其破壞的關(guān)鍵因素；而靜態(tài)疲勞既不考慮共振也不考慮阻尼。 即使是同一結(jié)構(gòu)在兩種疲勞載荷下同一部分的表面應(yīng)力測量結(jié)果相同，但由于兩種載荷引起該部分的三維應(yīng)力分布一般不會相同；振動疲勞與所處共振模態(tài)在該部位的三維應(yīng)變分布有關(guān)，靜態(tài)疲勞在該部位產(chǎn)生的是靜彈性引起的三維應(yīng)力分布，所以兩者的疲勞壽命一般并不會相同。 有關(guān)飛機(jī)設(shè)計規(guī)范中關(guān)于振動疲勞的規(guī)定 盡管國內(nèi)外對振動疲勞問題在理論上還沒有正確的認(rèn)識，但在實(shí)踐上卻很重視這個問題，各國軍機(jī)規(guī)范對此均有規(guī)定。 JSSG2022美聯(lián)合使用設(shè)計規(guī)范 其中之 36條規(guī)定，必要時要采用阻尼及隔振措施，防止結(jié)構(gòu)或其部件產(chǎn)生疲勞破壞或過度振動。 振動疲勞破壞 振動疲勞破壞除了振動應(yīng)力和振動循環(huán)次數(shù)計算不同外，其它均參照常規(guī)疲勞分析方法進(jìn)行。 (2) lgS （ lgσ ） 0 logN 圖一、典型的振動疲勞 SN曲線 對隨機(jī)振動有 σN曲線 rbr CN ??? (3) 下標(biāo) r表隨機(jī)。 假定破壞閾值為 a，則 yp超過 a的次數(shù)與總峰值次數(shù)之比為 ? ? ????????????222e x p ypa padyyP?(5) 只考慮單向峰，總響應(yīng)峰的期望 總數(shù)為 總nRtfn ?? 0總(6) tR振動作用時間； f0響應(yīng) yp的平均穿零頻率即平均頻率。 便可得到試件 結(jié)構(gòu)振動疲勞壽命計算 計算結(jié)構(gòu)振動疲勞壽命的關(guān)鍵問題是： ? 振動應(yīng)力計算特別是隨機(jī)振動作用下局部結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)應(yīng)力計算； ? 適用的振動疲勞曲線。如果 fn遠(yuǎn)離 f0，其響應(yīng)一般可以忽略不計。這里指出，早已證明并不存在普遍的正弦 ——隨機(jī)疲勞等效關(guān)系，但對同一種結(jié)構(gòu)形式及材料工藝可以推出兩種疲勞曲線的轉(zhuǎn)換關(guān)系，近似有 ???????brCCbbhHrHr (14) bbr HH 1122 ?????? ?????? ????式中： 表示伽瑪函數(shù) 一般結(jié)構(gòu)的振動疲勞壽命計算 周期振動 設(shè)飛機(jī)一個典型起落中對所考慮構(gòu)件振動疲勞有影響的飛行狀態(tài)有 m個 (k=1…… m)，持續(xù)時間為 tk，第 k狀態(tài)中有 l個有影響的正弦振動，對應(yīng)振動頻率為 fki (i=1…… l)，產(chǎn)生的振動應(yīng)力為 Ski。 P (x, t) u (t) l b h x 圖 3 受兩種隨機(jī)激勵的懸臂梁結(jié)構(gòu) 梁長寬高為（ l， b， h）基礎(chǔ)振動 u(t)的加速度譜密度為 uw?uw?均布的隨機(jī)力的單位長度載荷為 P (x, t)=P (t)，譜密度為 WP。再由之計算應(yīng)力均方響應(yīng) ，有 (20) 式中： Z為梁斷面系數(shù)。 動態(tài)疲勞持久極限無數(shù)據(jù)，但我們對鋁材的隨機(jī)振動疲勞試驗(yàn)給出 σN曲線有低限應(yīng)力： σ=35MPa。 波音公司在其疲勞手冊（ B手冊）中給出了這類結(jié)構(gòu)的聲疲勞計算 DSR（細(xì)節(jié)聲額定值）方法，這里將它改造為隨機(jī)振動疲勞分析之用，這樣就可以利用該手冊中給出的有關(guān)特定結(jié)構(gòu)、材料、工藝的試驗(yàn)曲線與參數(shù)、圖表。MT 若取 D = Dr作為破壞準(zhǔn)則，則若該構(gòu)件的振動疲勞壽命為n總個起落，有 Tr MDn ?總 (25) ? 綜合載荷作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核 ? 實(shí)踐中可能有量級相當(dāng)?shù)撵o、動、疲勞載荷作用于同一構(gòu)件，即所謂綜合載荷作用下的綜合強(qiáng)度問題。 ? 振動、疲勞兩種載荷同時作用時，應(yīng)分別計算兩種載荷引起的振動疲勞損傷量和靜態(tài)疲勞損傷量，然后將二者相加取一個折衷的破壞次數(shù)，則求出其綜合的疲勞壽命。 結(jié)構(gòu)受到靜應(yīng)力與隨機(jī)振動應(yīng)力同時作用情況 設(shè)結(jié)構(gòu)受到靜應(yīng)力為 S0，且結(jié)構(gòu)有 m個共振，在寬帶隨機(jī)激勵下有 m個窄帶應(yīng)力響應(yīng) F1(t), μm， σ1， 三、防止結(jié)構(gòu)振動疲勞的設(shè)計原則 減輕振（聲）源強(qiáng)度的設(shè)計原則 (1) 選用低振動、低噪聲動力裝置； (2) 盡量避免開口、突出物或不規(guī)則表面設(shè)計； (3) 對于孔、洞引起的空腔噪聲和振