基于DFR法的工程结构振动疲劳寿命评定

    ０　引言

    长期工作在振动环境下的工程结构在交变载荷或重复应力的作用下，其典型的破坏形式为结构疲劳，特别是交变随机载荷的频率覆盖结构的某一阶或几阶共振频率时，结构将发生共振，这时一定的激励会产生更大的响应，降低其疲劳寿命，这就是典型的振动疲劳或动态疲劳问题［１］。

    ＤＦＲ（ｄｅｔａｉｌ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｒａｔｉｎｇ）方法即细节疲劳额定值法［２－３，是美国波音公司在飞机结构的疲劳设计中发展起来的一种控制特定条件下疲劳强度的可靠性设计方法，其基本可靠性指标为置信水平９５％，可靠度９５％。

    国内外近年来很多学者４－７］针对工作在随机振动环境下的工程结构开展了大量的疲劳寿命分析与试验研究，并取得了显著的工程成效。但针对自身含有加工缺陷的结构件的疲劳寿命评定问题还未见相关报道。

    本文以含铸造缺陷（树枝状疏松、低密度夹杂和冷裂纹）的安装架结构为对象，首先通过在含缺陷安装架结构上截取样件来测试获得各种缺陷件的疲劳寿命特性，然后用经试验数据修正后的仿真分析模型确定被评定结构的最危险部位和该位置的载荷谱；最后假设此危险部位存在铸造缺陷并进行寿命评定，从而较为保守地获取此批次结构疲劳寿命，为后续的设备维修提供了理论依据。

    １　设备结构及其疲劳寿命评定思路

    １．１　设备结构简介

    该设备结构由多个铸造不锈钢框架和不锈钢机械加工件铆接而成，如图１所示，其与安装平台通过Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２共６点连接。承载的载荷为４个 电子设备机箱，质量分别 为Ｗ１＝６０ｋｇ，Ｗ＝３２ｋｇ，Ｗ３＝２７ｋｇ，Ｗ４＝２８ｋｇ。机箱与安装架连接方式为前面板２个螺栓（Ｗ１为３个），后面板２个定位销。

    该设备在宽带随机振动环境中长期工作。某批次存在不同程度的缺陷，为了确定已交付批次的检查维修周期，需开展寿命评定工作。

    １．２　疲劳寿命评定工作流程

    为了科学地进行该设备结构的疲劳寿命评定，制定了图２所示的工作流程。

   （１）对结构材料的基本力学性能进行了测试，包括弹性模量、泊松比、屈服极限、破坏极限，以及损伤部位的刚度退化等，为分析提供基本材料数据。

   （２）根据设备结构及振动试验夹具结构的ＣＡＤ模型，建立设备结构及振动试验夹具结构的动力学分析模型。