[发明专利]基于振动疲劳耦合分析的船艇轴系寿命预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种寿命预测方法，特别是涉及一种基于振动疲劳耦合分析的船艇轴系寿命预测方法，属于船艇动力装置技术领域。

背景技术

船艇在航行中，轴系的振动是影响船艇动力装置安全运行的重要因素之一，若得不到有效控制，将出现一系列严重的后果，如轴系的断裂等。为了对轴系的振动做出正确的评价，避免破坏事故的发生，不仅在设计阶段应进行详细的振动计算，还需要在运行阶段进行振动测试，以便考察该动力装置振动特性是否达到规定标准。国内外已有很多研究者对振动的理论计算及测试进行了深入的探讨和分析。

但是对于船艇轴系的寿命预测，现有方法则很少涉及。其中主要原因是：一是目前的校核标准，如许用应力通常是由该轴的疲劳强度推导得出的，只要满足标准，通常就认为该轴系具有无限寿命，显然，这不够科学，也不具有针对性；二是因为轴系所处的环境，对轴系进行寿命预测本身具有一定的复杂性。在动载荷的作用下，船艇轴系会发生振动，振动会产生交变应力，如果长期处于交变应力环境下，结构会发生疲劳损伤；另外，疲劳损伤的存在降低了结构刚度，降低了结构的固有频率，影响了结构的振动特性。所以，轴系是处于振动与疲劳耦合环境下的。如何预测船艇轴系的寿命，回答“还能用多久”的问题，很大程度上依赖于有效的振动疲劳耦合分析模型。

现有关于振动疲劳耦合分析的相关文献，从应用上看，均具有特定的适用环境，比如点焊接头、板等，文献中的动态特性变化规律均基于这些模型展开讨论，从而不适宜这里的振动轴系寿命预测；从损伤形式看，局限于裂纹，文献中寿命预测的主要理论依据是断裂力学裂纹扩展的损伤理论，而就船艇轴系而言，只要出现了裂纹，就必须及时采取措施，所以疲劳寿命指的是裂纹形成寿命，主要理论依据是经典的疲劳累计损伤理论。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：对船艇轴系进行振动疲劳耦合分析的基础上，提供一种船艇轴系寿命预测方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于振动疲劳耦合分析的船艇轴系寿命预测方法，包括选择测量时间点t_i并测量船艇轴系处于该测量时间点t_i时的固有频率ω_i(对n次测量，i＝1,2,3,…,n，i为正整数)，再计算船艇轴系处于该测量时间点t_i时的预期疲劳寿命N_i，最后计算船艇轴系处于该测量时间点t_i时的剩余寿命M_i，所述船艇轴系剩余寿命M_i的计算方法为：

情况1：ω₀＜ω时，M_i＝N₀-N_α；

情况2：ω₀＞＞ω，且ω_n＞ω时，Mi=Ni(1-Σp=1itp/Np),i=1,2,3,...,n;]]>

情况3：ω₀＞ω₁＞…＞ω_j-1＞ω＞ω_j＞…＞ω_n时，令D*＝max(1/N_j-1,1/N_j)，