某产品振动疲劳寿命分析与验证.pdf

首届全国航空航天领域中的力学问题学术研讨会 某产品振动疲劳寿命分析与验证 孙建勇 (航空综合环境航空科技重点实验室) 摘要t本文对某产品振动疲劳寿命进行了分析，并在疲劳损伤理论和寿命分布理论基础上，提出了用振 动加速试验方法来验证产品振动疲劳寿命，本文洋细论述了设计产品疲劳寿命验证方案和制定产品振动加速 试验条件的过程，最终的试验结果证明了采用本文的思路分析和验证产品的振动疲劳寿命是有效的。 1．问题的提出 试验的平均值，称为s—N曲线，其中s指应力幅 值，N指导致失效的作用次数。材料经受的应力 根据型号工作要求，在2002年到2003年期 间，某型号产品在航空综合环境航空科技重点实 循环次数称为疲劳寿命，它随载荷大小而变化。 验室进行多次环境与可靠性试验，在试验过程中， 产品多次发生故障，2003年中期，对产品进行整 改，当时产品在外场和试验中暴露出的故障共有 12个，分别为器件失效故障3个，结构设计不当 引起的故障3个，工艺故障7个，其中焊接工艺 故障在外场使用过程中多次出现，占有主导的地 应力循环枚数(N) 位。在整改过程中，针对这些故障的故障机理， 分别采取了针对性的措施，并对纠正措施进行了 图lS，N曲线 周密分析，当时预期除了由焊接引起的故障还有 s．N近似关系如公式(1)所示，式中b由 待进一步分析与验证外，其它类型故障在后续的 材料所决定，一般在3—25之间，c是一个常量。 试验中不会再次发生。 NS。=C f11 根据对该产品焊接故障现象和效应进行分 给定b并且知道曲线上点(No，s。)，就能确 析，该产品的焊接故障是由振动累积应力引起， 定在载荷S。作用下曲线上任意点N。，如等式(2) 其故障发生原因为，当产品受到外部振动激励时， 所示。 其电路板上的焊点上出现剪切应力，焊点上的剪 切应力累积效应引起焊缝出现裂纹，并随着振动 弘Ⅳo阿 (2) 的施加裂纹不断扩展，最后发生断裂，从而造成 L6，J 产品故障。由于该产品电路板上存在大面积的焊 2，2失效预计方法～米勒定律 点，而焊点是产品的薄弱环节，产品的寿命完全 米勒定律基本思想是：产品的疲劳损伤是加 由焊点的振动疲劳寿命确定，而产品设计要求产 载过程中每次载荷作用下损伤累积的简单和，疲 品的平均寿命最低为1000小时，这就要求焊点的 劳损伤随产品承受的载荷的增加而成正比增加， 振动疲劳寿命也必须大于1000小时，因此，必须 产品在某一载荷作用下承受的疲劳损伤与产品经 对此进行分析，并设计合适的振动试验对此进行 受该载荷的循环次数ni和在该载荷量级下导致失 验证。 效的应力循环次数Ni的之比成比例。同时假设导 2．振动疲劳寿命分析与验证的理论基础 致失效的损伤量是恒定的，是载荷的简单函数， 对产品进行振动疲劳寿命分析最常采用的理 与受载次序无关，循环应力的总和下的失效预计 论是疲劳损伤理论和米勒定理，下面对此进行简 与单独应力的失效总和的预计是一致的。 要介绍，并推导出如何根据此理论来确定产品振 米勒定律的数学描述见等式(3)： 动验证试验条件。 2．1疲劳损伤理论—s．N曲线