一种基于承力路径映射的机匣多轴加载强度试验方法及其系统与流程

本技术涉及航空发动机机匣结构强度试验，尤其涉及一种基于承力路径映射的机匣多轴加载强度试验方法及其系统。

背景技术：

1、航空发动机机匣作为承接转子支点载荷、相邻机匣传力和安装连接载荷的重要承力构件，在服役过程中通常同时承受轴向载荷、弯矩载荷、扭矩载荷及局部支承反力等复合载荷。机匣结构多为环形或筒形薄壁结构，载荷在安装连接部位、支点转接部位、法兰区、支承座及机匣壁体之间传递，实际受力状态受承力路径、边界刚度、加载方向和多点响应耦合共同影响。因此在开展机匣强度试验时，需要通过多轴加载方式尽量复现目标机匣试件在实际安装状态下的承力输入、边界约束和响应变化，以保证静强度、极限承载能力及相关强度校核结果具有工程参考意义。

2、目前针对机匣类结构的强度试验，通常根据试件外形、工装安装空间、加载设备布置条件和试验工况要求确定若干加载位置，并利用液压作动器、伺服加载设备或多通道加载系统对试件施加轴向力、弯矩、扭矩或其组合载荷。试验过程中，目标机匣试件被装夹在试验工装上，通过夹具、支承座、转接件等结构形成试验边界，并在加载过程中采集应变、位移、载荷反馈等试验响应参数，以判断试件在给定载荷条件下的强度状态。对于存在多个加载通道的试验，还会通过同步加载或分阶段加载方式使多个加载点共同作用于目标机匣试件，从而模拟复合载荷作用下的机匣受力状态。

3、但是上述试验方式中，加载位置往往更多受工装布置和加载实施条件影响，加载位置与目标机匣试件在实际安装状态下的承力路径之间缺乏明确对应关系，导致试验载荷难以沿真实传力路径输入；试验边界多依赖夹具和支承结构形成，难以按照实际安装刚度对安装连接部位和支点转接部位进行等效约束复现，容易引入边界偏差和装夹附加应力；轴向载荷、弯矩载荷、扭矩载荷等复合载荷在多个加载位置之间的分配缺少与承力路径相衔接的分解和折算关系，使节点加载载荷与目标试验工况之间存在偏差；多个加载通道同步作用时，不同加载位置之间还会产生响应耦合和加载干扰，若缺乏针对加载耦合偏差的识别与修正，容易影响目标试验工况的复现一致性。

技术实现思路

1、鉴于上述实际情况，本技术提出了一种基于承力路径映射的机匣多轴加载强度试验方法及其系统，以解决现有技术中存在的机匣强度试验加载位置与实际安装状态下的承力路径对应关系不明确、试验边界约束难以等效复现实际安装刚度、复合载荷难以准确分解至多个试验加载位置以及多点同步加载过程中加载耦合干扰影响目标试验工况复现一致性的技术问题。

2、一种基于承力路径映射的机匣多轴加载强度试验方法，包括：

3、s1、以目标机匣试件在实际安装状态下的安装连接部位和支点转接部位作为载荷引入部位，依据各承力传递部位之间的载荷传递方向和载荷承接顺序，确定载荷在所述目标机匣试件上的传递路径，形成所述目标机匣试件的承力路径映射关系；根据所述承力路径映射关系，在所述目标机匣试件上确定分别对应于各承力路径的试验加载位置及各试验加载位置的载荷输入方向；

4、s2、将所述目标机匣试件装夹于试验工装，在安装连接部位和支点转接部位对应位置实施约束支承，并按照实际安装刚度调节各约束支承的支承参数；依据各试验加载位置的载荷输入方向对各试验加载位置进行加载中心对中调整，使所述目标机匣试件在试验状态下形成与实际安装状态对应的等效约束条件；

5、s3、在所述等效约束条件下，将目标试验工况对应的复合载荷参数沿所述承力路径映射关系对应的各承力路径分解为路径载荷；依据各路径载荷在对应试验加载位置处的载荷承接状态、各试验加载位置的空间位置以及载荷输入方向，将各路径载荷折算为各试验加载位置分别对应的节点加载载荷；驱动加载执行单元沿各试验加载位置的载荷输入方向同步施加所述节点加载载荷；

6、s4、在各试验加载位置同步施加所述节点加载载荷的过程中，按照预设识别顺序对当前识别的试验加载位置对应的加载执行单元叠加识别加载增量，并采集当前识别的试验加载位置在叠加所述识别加载增量前后的试验响应参数变化量，以及其他试验加载位置在同一识别时段内的试验响应参数变化量；依据当前识别的试验加载位置与其他试验加载位置之间的试验响应参数变化量差异，识别各试验加载位置之间的加载耦合偏差；依据所述加载耦合偏差修正各加载执行单元的加载量，使所述目标机匣试件形成与所述目标试验工况对应的复合载荷；

7、s5、在所述复合载荷下采集所述目标机匣试件的试验响应参数，依据所述试验响应参数和预设失效判据，确定所述目标机匣试件在所述目标试验工况下的强度校核结果。

8、进一步的，所述形成目标机匣试件的承力路径映射关系，包括：

9、以所述安装连接部位和支点转接部位作为载荷引入部位，依据各承力传递部位之间的载荷传递方向、载荷承接顺序和载荷传递过程，确定载荷在目标机匣试件上的传递路径，并形成所述目标机匣试件的承力路径映射关系。

10、进一步的，所述根据所述承力路径映射关系确定试验加载位置及载荷输入方向，包括：

11、根据各承力路径在目标机匣试件上的载荷引入位置和载荷作用部位，确定分别对应于各承力路径的试验加载位置；根据各承力路径在对应载荷引入位置处的载荷作用方向，确定各试验加载位置的载荷输入方向。

12、进一步的，所述在安装连接部位和支点转接部位对应位置实施约束支承，并按照实际安装刚度调节各约束支承的支承参数，包括：

13、在目标机匣试件的安装连接部位和支点转接部位对应位置设置约束支承，依据实际安装状态下的安装刚度、支承关系和约束方向，调节各约束支承的支承刚度、支承方向、支承位置和预紧量，使目标机匣试件在试验状态下形成与实际安装状态对应的边界约束状态。

14、进一步的，所述依据各试验加载位置的载荷输入方向对各试验加载位置进行加载中心对中调整，包括：在实施边界约束模拟后，对所述目标机匣试件施加预加载；采集所述目标机匣试件在预加载状态下的预加载响应参数；根据所述预加载响应参数确定各试验加载位置的加载中心偏差；依据所述加载中心偏差对各试验加载位置进行对中调整，以减小装夹附加应力。

15、进一步的，所述将目标试验工况对应的复合载荷参数分解为路径载荷，并将所述路径载荷折算为节点加载载荷，包括：

16、在所述等效约束条件下，根据目标试验工况对应的复合载荷参数以及各承力路径的载荷传递关系，确定沿各承力路径分别传递的路径载荷；

17、依据各路径载荷在对应试验加载位置处的载荷承接状态、各试验加载位置相对于目标机匣试件预设几何基准的空间位置以及载荷输入方向，将各路径载荷折算为各试验加载位置分别对应的节点加载载荷；

18、其中，所述载荷承接状态用于表征路径载荷在对应试验加载位置处的直接承接、转接承接、分量承接或者合成承接状态。

19、进一步的，所述驱动加载执行单元沿各试验加载位置的载荷输入方向同步施加节点加载载荷，包括：

20、将所述目标试验工况划分为至少两个工况阶段；

21、根据相邻工况阶段之间的目标加载量变化关系和相位变化关系，调节各加载执行单元的加载幅值和加载时序，使各试验加载位置对应的节点加载载荷由前一工况阶段过渡至后一工况阶段，并形成后一工况阶段对应的节点加载载荷状态。

22、进一步的，所述识别各试验加载位置之间的加载耦合偏差，包括：

23、在各试验加载位置同步施加对应节点加载载荷的过程中，按照预设识别顺序将其中一个试验加载位置作为当前识别的试验加载位置；对当前识别的试验加载位置对应的加载执行单元叠加识别加载增量，并使其他加载执行单元维持当前节点加载载荷或者按照原同步加载指令运行；采集当前识别的试验加载位置在叠加所述识别加载增量前后的试验响应参数变化量，以及其他试验加载位置在同一识别时段内的试验响应参数变化量；依据当前识别的试验加载位置与其他试验加载位置之间的试验响应参数变化量差异，确定各试验加载位置之间的加载耦合偏差；依据所述加载耦合偏差对对应加载执行单元的加载量进行修正。

24、进一步的，所述确定目标机匣试件在目标试验工况下的强度校核结果，包括：在所述复合载荷下采集目标机匣试件的试验响应参数；依据预设失效判据识别目标机匣试件的失效状态或失效模式；结合目标机匣试件对应的有限元模型对所述试验响应参数进行对标分析，以确定目标机匣试件在目标试验工况下的强度校核结果。

25、此外本技术还公开了机匣多轴加载强度试验系统用于上述方法，包括试验工装、约束调节机构、对中调节机构、加载执行机构、响应采集机构和控制单元；

26、所述试验工装用于装夹目标机匣试件；

27、所述约束调节机构用于在安装连接部位和支点转接部位对应位置实施约束支承，并按照实际安装刚度调节各约束支承的支承参数；

28、所述对中调节机构用于依据各试验加载位置的载荷输入方向对各试验加载位置进行加载中心对中调整，以与所述约束支承共同使所述目标机匣试件在试验状态下形成与实际安装状态对应的等效约束条件；

29、所述加载执行机构用于沿各试验加载位置的载荷输入方向同步施加节点加载载荷，并按照控制单元的修正指令调整加载量；

30、所述响应采集机构用于采集所述目标机匣试件在加载过程中的试验响应参数；

31、所述控制单元用于以所述目标机匣试件在实际安装状态下的安装连接部位和支点转接部位作为载荷引入部位，依据各承力传递部位之间的载荷传递方向和载荷承接顺序，形成所述目标机匣试件的承力路径映射关系，并根据所述承力路径映射关系确定试验加载位置及载荷输入方向；在所述等效约束条件下，将目标试验工况对应的复合载荷参数沿各承力路径分解为路径载荷，并将各路径载荷折算为各试验加载位置分别对应的节点加载载荷；在同步施加节点加载载荷的过程中，按照预设识别顺序对当前识别的试验加载位置对应的加载执行单元叠加识别加载增量，并依据同一识别时段内的试验响应参数变化量差异识别各试验加载位置之间的加载耦合偏差；根据所述加载耦合偏差修正所述加载执行机构的加载量，以使所述目标机匣试件形成与所述目标试验工况对应的复合载荷；以及依据所述复合载荷下采集的试验响应参数和预设失效判据，确定所述目标机匣试件在所述目标试验工况下的强度校核结果。

32、本技术所提出的一种基于承力路径映射的机匣多轴加载强度试验方法及其系统，实现了将目标机匣试件在实际安装状态下的承力路径转换为试验状态下的试验加载位置和载荷输入方向，并在等效约束条件下完成复合载荷参数向路径载荷及节点加载载荷的递接转换，同时通过识别加载增量识别多点同步加载过程中的加载耦合偏差并修正加载量，从而使目标机匣试件形成与目标试验工况相对应的复合载荷，提高了机匣多轴加载强度试验的工况复现一致性和强度校核结果的准确性。