耐久性疲劳试验变频启动试验及变频更换载荷级的方法与流程

1.本发明属于飞行器耐久性疲劳试验加载技术领域，涉及一种耐久性疲劳试验变频启动试验及变频更换载荷级的方法。


背景技术：

2.由于液压伺服控制系统响应特性、试验件变形、试验工装等因素会导致耐久性疲劳试验在试验运行过程中或者更换下一个载荷级时经常出现超差或超限现象，超差或超限后试验自动停止。试验停止后如果直接按照当前载荷命令值启动试验经常会立即超差或超限导致试验难以顺利启动，大幅降低试验频率可以减少试验超载或超限现象的发生，但降低试验频率将导致试验周期大幅延长，长期占用试验资源，试验成本随之上升。目前针对此类问题的通用解决方案是启动试验或更换载荷级时采用改变载荷幅值命令值的方法，即试验启动后在一定时间内载荷幅值命令值从小到大逐渐逼近试验规定的目标值，例如从目标值的10％逐渐逼近目标值；更换载荷级时在一定时间内从当前载荷级的幅值命令值逐渐过渡到下一级载荷的幅值命令值，该方案可以顺利启动试验或顺利更换载荷级。
3.但该方案的缺点是：启动试验期间或更换载荷级期间的载荷幅值命令值是从目标值的10％附近逐渐逼近目标值，实际施加到试验件的载荷幅值也是从目标值的10％附近逐渐逼近目标值，这个逼近目标值的过程中施加到试验件的载荷是不满足试验的加载精度要求的，这个过程通常需要运行几次～十几次循环，载荷才能达到试验规定的目标值。如果某个载荷级的重复运行次数多，例如1万次以上，则这个逼近过程对试验结果的影响可以忽略不计，但是有些耐久性疲劳试验的载荷谱中某些载荷级只重复运行几十次～几百次，这些载荷级一般载荷幅值较大，来自严重飞行载荷，其加载精度对试验件结构损伤影响比较大，如果耐久性疲劳试验载荷谱中包含的这类载荷级很多，采用改变载荷幅值命令值的方法会对试验件的寿命估算有一定的影响。


技术实现要素：

4.发明目的：提供一种耐久性疲劳试验变频启动试验及变频更换载荷级的方法，保证启动试验和更换载荷级期间载荷的幅值命令值与试验规定的目标值一致，提高耐久性疲劳试验的加载精度。
5.技术方案：提供一种耐久性疲劳试验变频启动试验及变频更换载荷级的方法，其特征在于，所述方法为：耐久性疲劳试验在启动试验和更换载荷级的过程中不改变载荷幅值命令值，而是改变试验频率；其中，当某一载荷级对应的试验频率不小于变频启动频率门槛fa时，在所述某一载荷级加载过程中，试验频率从低到高逐渐逼近试验规定的频率。
6.进一步地，当某一载荷级对应的试验频率小于变频启动频率门槛fa时，在所述某一载荷级加载过程中，试验频率按照试验载荷谱设置的频率运行。
7.进一步地，在疲劳试验前，设置变频启动频率门槛fa、频率分档总数n、初始启动频率值f0；假定疲劳试验的载荷谱包括m级载荷，载荷级为bx；其中，x取值为1到m；
8.假定载荷级bx对应的试验规定的频率fx不小于变频启动频率门槛fa，试验运行到载荷级bx的第j次加载时超限停止，则在载荷级bx的加载过程中，按确定的初始启动频率值f0启动耐久性疲劳试验。
9.进一步地，载荷级bx对应的加载试验：启动后的第1次加载的频率等于初始启动频率值f0；第2次加载的频率＝初始启动频率值f0 (试验规定的频率fx-试验初始启动频率f0)/频率分档总数n*2；第i次加载的频率＝初始启动频率值f0 (fx-f0)/n*i，其中2≤i≤n；当试验重复运行到载荷级bx的第n次加载时频率已达到试验规定的频率fx。
10.进一步地，完成载荷级bx的n次加载试验后，载荷级bx的第n 1次及其后的加载均以试验规定的频率fx运行。
11.进一步地，载荷级bx运行完毕后，更换载荷级，运行载荷级b(x 1)，x 1小于m；
12.假定载荷级b(x 1)对应的试验规定的频率f(x 1)不小于变频启动频率门槛fa，试验运行到载荷级b(x 1)的第j次加载时超限停止，则在载荷级b(x 1)的加载过程中，按确定的初始启动频率值f0启动耐久性疲劳试验。
13.进一步地，载荷级b(x 1)对应的加载试验：启动后的第1次加载的频率等于初始启动频率值f0；第2次加载的频率＝初始启动频率值f0 ((试验规定的频率f(x 1)-试验初始启动频率f0)/频率分档总数n)*2；第i次加载的频率＝初始启动频率值f0 (f(x 1)-f0)/n*i，其中2≤i≤n；当试验重复运行到载荷级b(x 1)的第n次加载时频率已达到试验规定的频率f(x 1)；
14.完成载荷级b(x 1)的n次加载试验后，载荷级b(x 1)的第n 1次及其后的加载均以试验规定的频率f(x 1)运行；
15.载荷级b(x 1)运行完毕后，更换载荷级，运行载荷级b(x 2)。
16.进一步地，耐久性疲劳试验启动过程中各载荷级加载过程中的幅值命令值均等于对应的试验载荷谱所设置的载荷幅值
17.技术效果：耐久性疲劳试验每一次启动试验或者试验运行过程中更换载荷级以改变试验频率的方法代替改变载荷幅值命令值的方法来完成，避免减小载荷幅值命令值所导致试验件承受的载荷远小于试验规定的载荷，提高试验加载精度和运行稳定性，试验结果更真实。
附图说明
18.图1为现有技术中变幅值启动试验示意图；
19.图2为现有技术中变幅值更换载荷级示意图；
20.图3为本发明变频启动试验示意图；
21.图4为本发明变频更换载荷级示意图；
22.其中，附图中的横坐标为时间，单位为s；纵坐标为载荷，单位为n。
具体实施方式
23.本实施例，提供一种变频启动耐久性疲劳试验及更换载荷级方法，该方法为：启动试验及更换载荷级的过程中不改变载荷幅值命令值，而是改变试验频率，试验频率从低到高逐渐逼近试验规定的频率。具体地，变频启动及更换载荷级方法如下所述：
24.设置3个试验参数，分别为：变频启动频率门槛fa、频率分档总数n、初始启动频率值f0。根据试验规定的频率f及试验加载的响应情况确定试验的初始启动频率f0和频率分档总数n。试验初始启动频率f0应保证试验可以按照该频率顺利启动或更换载荷级，频率分档总数n应保证试验启动或更换载荷级过程中改变试验频率不会导致超差或超限现象发生。
25.如果某一载荷级的试验频率不小于变频启动频率门槛fa，则该级载荷采用变频启动的方法启动试验或者更换载荷级；否则该载荷级的所有试验载荷均按照试验载荷谱设置的频率运行。
26.具体地，假定疲劳试验的载荷谱包括m级载荷，载荷级为bx；其中，x取值为1到m；x取值为1到m；本实施例，x取值为1；载荷级b1对应的试验规定的频率f1，载荷级b2对应的试验规定频率f2，载荷级b3对应的试验规定频率f3，f1、f2和f3均不小于变频启动频率门槛fa。其变频启动及载荷级更换过程如下所述：
27.步骤
①
，假定载荷级b1对应的试验规定的频率f1不小于变频启动频率门槛fa，试验运行到载荷级b1的第1次(本实施例，j＝1)加载时超限停止。
28.载荷级b1按照所确定的初始启动频率值f0启动耐久性疲劳试验。启动后的第1次加载的频率等于初始启动频率值f0，第2次加载的频率＝初始启动频率值f0 (试验规定的频率f1-试验初始启动频率f0)/频率分档总数n*2，第i次加载的频率＝初始启动频率值f0 (f1-f0)/n*i，且2≤i≤n。当试验重复运行到载荷级b1的第n次加载时频率已达到试验规定的频率f1。
29.步骤
②
，载荷级b1的第n 1次及其后的加载均以试验规定的频率f运行。
30.步骤
③
，更换载荷级的过程是变频运行的，即载荷级b1运行完毕后，开始运行载荷级b2。当载荷级b2对应的试验规定的频率f2不小于变频启动频率门槛fa，试验运行到载荷级b2的第1次2加载时超限停止。
31.b2的第1次加载以初始启动频率f0 hz运行完毕后，第2次加载的频率＝初始启动频率值f0 (试验规定的频率f2-试验初始启动频率f0)/频率分档总数n*2，第i次加载的频率＝初始启动频率值f0 (f2-f0)/n*i，且2≤i≤n。
32.步骤
④
，载荷级b2的第n 1次及其后的载荷均以试验规定的频率f2运行。
33.步骤
⑤
，从载荷级b2更换到下一级载荷b3的过程类似步骤
③
、步骤
④
。
34.本实施例，结合图3和图4所示，耐久性疲劳试验每一次启动试验或者试验运行过程中更换载荷级以改变试验频率的方法代替改变载荷幅值命令值的方法来完成，避免减小载荷幅值命令值所导致试验件承受的载荷远小于试验规定的载荷，提高试验加载精度和运行稳定性。变频启动频率门槛fa、频率分档总数n和初始启动频率值f0等频率参数可以根据具体试验的情况灵活设置。
35.实施例2
36.本实施例，针对一个只有2个加载通道的简单疲劳试验，试验频率可以高一些，其载荷谱如下：
37.#500flight：表示载荷谱块flight运行500次循环
38.100b1f2：表示试验的第1级载荷b1运行100次循环，其试验规定频率为2hz，载荷均值＝5000n，载荷幅值＝15000n。
39.685b2f3：表示试验的第2级载荷b2运行685次循环，其试验规定频率为3hz，载荷均值＝4000n，载荷幅值＝6000n。
40.27b3f0.1：表示试验的第3级载荷b3运行27次循环，其试验规定频率为0.1hz，载荷均值＝6000n，载荷幅值＝18000n。
41.400b4f3：表示试验的第4级载荷b4运行400次循环，其试验规定频率为3hz，载荷均值＝8000n，载荷幅值＝6000n。
42.2000b5f3：表示试验的第5级载荷b5运行2000次循环，其试验规定频率为3hz，载荷均值＝2000n，载荷幅值＝1000n。
43.以上5个载荷级序列组成一个载荷谱块flight，载荷谱块flight重复执行500次。具体变频步骤如下：
44.设置变频启动频率门槛fa＝1.5hz，频率分档总数n＝20，初始启动频率值f0＝0.2hz。
45.试验运行到载荷级b1的第40次时发生超限(本实施例，j＝40)导致试验停止，试验规定载荷级b1的频率为2hz，大于变频启动频率门槛1.5hz，所以载荷级b1采用变频启动方式启动试验，重新启动试验时，试验执行载荷级b1的第41次循环，第41次加载的频率为初始启动频率值0.2hz，第42次加载的频率＝初始启动频率值0.2 (试验规定载荷级b1的频率2-初始启动频率值0.2)/频率分档总数20＝0.29hz，第43次加载的频率＝0.2 (2-0.2)/20*2＝0.38hz，以此类推，第61次加载的频率＝0.2 (2-0.2)/20*20＝2hz，第62次～第100次的实际加载频率均为试验规定的2hz。
46.试验启动过程中所有载荷的幅值命令值均等于试验载荷谱中对应所设置的载荷幅值。
47.实施例3
48.本实施例，针对一个10个加载通道的复杂疲劳试验，试验频率需要低一些，其载荷谱如下：
49.#500flight：表示载荷谱块flight运行500次循环
50.80b1f0.3：表示试验的第1级载荷b1运行80次循环，其试验频率为0.3hz，载荷均值＝5000n，载荷幅值＝16000n
51.700b2f0.4：表示试验的第2级载荷b2运行700次循环，其试验频率为0.4hz，载荷均值＝3500n，载荷幅值＝6200n
52.35b3f0.1：表示试验的第3级载荷b3运行35次循环，其试验频率为0.1hz，载荷均值＝6100n，载荷幅值＝18200n
53.400b4f0.4：表示试验的第4级载荷b4运行400次循环，其试验频率为0.4hz，载荷均值＝8000n，载荷幅值＝5800n
54.2500b5f0.5：表示试验的第5级载荷b5运行2500次循环，其试验频率为0.5hz，载荷均值＝2600n，载荷幅值＝1100n
55.以上5个载荷级序列组成一个载荷谱块flight，载荷谱块flight重复执行500次。
56.设置变频启动频率门槛fa＝0.3hz，频率分档总数n＝20，初始启动频率值f0＝0.05hz。
57.试验运行到载荷级b1的第1次时发生超限导致试验停止(本实施例，j＝1)，试验规
定载荷级b1的频率为0.3hz，不小于变频启动频率门槛0.3hz，所以采用变频启动方式启动试验，重新启动试验时，试验执行载荷级b1的第2次循环，第2次加载的频率为初始启动频率值0.05hz，第3次加载的频率＝0.05 (0.3-0.05)/20＝0.0625hz，第4次加载的频率＝0.05 (0.3-0.05)/20*2＝0.075hz，以此类推，第21次加载的频率＝0.05 (0.3-0.05)/20*20＝0.3hz，第22次～第80次的实际加载频率均为试验规定的0.3hz。试验启动过程中所有载荷的幅值命令值均等于试验载荷谱所设置的目标值。
58.现有技术中，结合图1和图2所示，如果采用改变载荷幅值命令值的方法启动试验或更换载荷级，假定改变幅值命令值的过程需要20次载荷循环能顺利完成，则启动试验后第1次加载的载荷幅值命令值＝载荷级b1的幅值命令值16000/20*1＝800n，第2次加载的载荷幅值命令值＝16000/20*2＝1600n，以此类推，第20次加载的载荷幅值命令值＝16000/20*20＝16000n，所以第1～19次加载的载荷幅值都小于试验载荷谱所设置的目标值，降低了试验加载精度。