[发明专利]一种航空结构多轴随机疲劳载荷下在线损伤评估方法

说明书

本发明公开了一种航空结构多轴随机疲劳载荷下在线损伤评估方法，该方法主要包括疲劳关键部位多轴应变载荷历程测量与转换、多轴随机疲劳载荷实时循环计数、在线实时损伤计算及损伤累积。对与每个在线测量得到的应变数据信息进行处理，最终实时获得监测部位的疲劳损伤情况。该方法易于集成在现有的基于应变传感器的机载在线载荷监测系统，以实现复杂载荷下航空结构疲劳关键部位在线实时损伤监测与评估，是确保飞行安全的关键及前沿技术。

技术领域

本发明属于航空结构疲劳损伤监测、多轴疲劳损伤评估技术领域，特别地涉及一种机载航空结构多轴随机疲劳载荷下在线损伤实时评估方法。

背景技术

随着飞机机体结构疲劳关键件制造成本的增加，对机载航空结构疲劳损伤在线实时监控技术也提出了更高的要求。飞机机体结构疲劳关键件在飞机运行过程中承受着复杂的多轴随机非比例疲劳载荷，要想实现对其进行准确地在线损伤监测，损伤评估方法的精确性与实时性至关重要。

针对机载航空结构在线损伤监测技术的工程需求，本发明提出了一种航空结构多轴随机疲劳载荷下在线损伤评估方法。该方法能够实现多轴随机非比例疲劳载荷的在线实时循环计数和损伤评估。该方法的发明及其在基于应变传感器的载荷测量系统中的拓展应用，有效地提高了飞机等航空结构疲劳关键件损伤监测技术的可靠性、实时性及准确性。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种航空结构多轴随机疲劳载荷下在线损伤评估方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种航空结构多轴随机疲劳载荷下在线损伤评估方法，该方法基于多轴应变测量与预处理技术、多轴在线实时循环计数方法、基于应变的多轴疲劳损伤模型和线性损伤累积方法进行构建。

本发明采用的技术路线图如图1所示，该方法针对航空结构疲劳关键部位，按照45度夹角粘贴三个应变片构成一个由三个应变传感器构建成的三轴45度的应变花传感器组，以此获得飞机等航空结构疲劳关键件裂纹易于萌生部位的应变载荷信息。对在线测量获得的应变数据信息，按照结构处于平面应力状态的受载情况进行简化分析，结合预先通过地面试验或有限元分析确定的应力集中系数，换算出结构件危险部位的正应变及剪切应变载荷数据信息。基于实时获得的正应变和剪切应变载荷历程，进行多轴在线实时循环计数，进而确定出一个半循环。某个半循环一旦计数出来，即刻采用基于应变的多轴损伤模型和线性损伤累积方法进行损伤计算和损伤累加。整个过程如图1所示，对每个在线测量得到的应变数据信息进行处理，最终实时获得监测部位的疲劳损伤情况。

本发明采用的疲劳关键部位多轴应变测量与转换方法如图2所示。对于大多数工程构件可以近似地简化为平面应力状态进行分析，在航空结构件危险部位附近粘贴三轴45度应变花传感器组实时测得某一时刻t时0度、45度、90度三个方向的应变值并按照图2所示的坐标系及转换方法得到危险点部位的正应变ε_t及剪切应变γ_t。其中，K_y及K_xy是结构件应变测量点与危险部位的正应力及剪切应力集中系数，通过有限元分析或试验提前获得。

本发明所提出的机载航空结构关键部位多轴随机载荷下在线实时循环计数与疲劳损伤计算方法流程图如图3所示，计算步骤如下：

步骤1)：45度三轴应变花数据采集系统实时采集应变数据并按照图2所示进行转换，得到航空结构危险点部位的正应变及剪切应变；

步骤2)：以第一个数据采集点的正应变和剪应变为参考点实时计算每个数据点的相对等效应变，得到其相对等效应变时间历程；

步骤3)：获取相对等效应变历程的第一个峰值点，并将其作为实时截取载荷历程区间的参考点；

步骤4)：继续实时接收数据，计算并存储后续载荷历程的峰值数据点；

步骤5)：实时判读当前相对等效应变的峰值点数据是否大于或等于参考峰值点的相对等效应变数据；