某型飛機(jī)液壓系統(tǒng)管路安裝應(yīng)力控制研究

盧小勇

【摘要】飛機(jī)液壓系統(tǒng)管路振動(dòng)問題是多年來一直困擾著技術(shù)人員的主要問題，隨著新一代飛機(jī)液壓系統(tǒng)壓力越來越高、流量越來越大、結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，這一問題越來越突出。國(guó)內(nèi)外很多型飛機(jī)都出現(xiàn)過類似故障。目前，在新機(jī)研制過程中，由于振動(dòng)過大，導(dǎo)致管路斷裂及管接頭漏油故障十分頻繁，統(tǒng)計(jì)資料表明，飛機(jī)管路故障已經(jīng)成為飛機(jī)故障的主體。為了避免管路使用過程中產(chǎn)生疲勞裂紋，提高飛機(jī)安全性和可靠性，本文對(duì)管路進(jìn)行了裝配質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估，研究了管路安裝的應(yīng)力控制。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)液壓系統(tǒng);管路安裝;應(yīng)力控制

一、管路安裝應(yīng)力控制概述

1.1管路安裝應(yīng)力控制的含義

與國(guó)外相比，我國(guó)的管道應(yīng)力分析工作開展較晚，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 50316《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》中，與管道應(yīng)力相關(guān)的部分主要參考了美國(guó)規(guī)范。

1.2管路安裝應(yīng)力的危害

管路安裝中產(chǎn)生的應(yīng)力是影響管路安裝質(zhì)量的重要因素之一，而裝配應(yīng)力過大是造成液壓管路滲漏的一個(gè)主要原因，管路帶應(yīng)力裝配的主要原因是由系統(tǒng)附件、支架等不能準(zhǔn)確定位裝配造成的。在管路安裝過程中，容易產(chǎn)生的應(yīng)力主要有三種：強(qiáng)力對(duì)口應(yīng)力、焊接變形應(yīng)力和應(yīng)力集中。管路安裝中產(chǎn)生的應(yīng)力，額外增加了管路的負(fù)荷，并對(duì)相連接的設(shè)備產(chǎn)生不良影響。主要危害有：縮短管路使用壽命、影響設(shè)備安全運(yùn)行、額外應(yīng)力容易引起工藝性差的高合金鋼管焊口裂紋。在安裝應(yīng)力測(cè)試方面，對(duì)飛機(jī)管路的檢測(cè)過程中，傳統(tǒng)的應(yīng)力測(cè)試法需要利用應(yīng)變測(cè)試儀測(cè)試管道裝配前后的應(yīng)力，以獲取管路裝配過程中產(chǎn)生的初始應(yīng)力。在獲取初始安裝應(yīng)力過程中，利用應(yīng)變片是最直接的辦法，但是應(yīng)變片比較繁瑣，且粘附在管道上難于清除，整個(gè)檢測(cè)過程比較費(fèi)時(shí)，檢測(cè)效率很低，因此需要研究管路初始應(yīng)力檢測(cè)的快捷方法，作為控制管路安裝質(zhì)量判別的依據(jù)。

二、管路安裝應(yīng)力控制的研究現(xiàn)狀

目前，對(duì)初始安裝應(yīng)力進(jìn)行仿真主要運(yùn)用強(qiáng)迫位移法、軸對(duì)稱基礎(chǔ)單元法以及三維接觸單元法等。在這幾種方法中，運(yùn)用強(qiáng)迫位移法計(jì)算得到的結(jié)果準(zhǔn)確性最高，但是它對(duì)計(jì)算模

型有比較高的要求;二維軸對(duì)稱模型接觸單元求解的精度也比較高，但是需要求解的模型是軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng);三維接觸單元法運(yùn)算速度較快，但是求解的精度相對(duì)來說較低。

仿真技術(shù)的發(fā)展中，一些學(xué)者提出了更加針對(duì)性的仿真方法。趙華等以各種柱筒和軸為研究對(duì)象，采用虛擬接觸載荷法模擬分析它們間因強(qiáng)烈接觸而產(chǎn)生的過盈配合現(xiàn)象，提出了具體的計(jì)算方法與分析程序。比較詳細(xì)地研究了圓柱筒、凹形柱筒、凸形柱筒和實(shí)心軸間因過盈配合產(chǎn)生應(yīng)力分布情況，以及配合面精度對(duì)接觸應(yīng)力分布的影響。根據(jù)研究結(jié)果，在三種柱筒配合面邊緣都有不小應(yīng)力集中現(xiàn)象。陳連等提出與經(jīng)典的力學(xué)方法相比，用有限元方法可以有效的分析復(fù)雜形狀軸毅不同變形情況下的各種問題，從而提高軸毅過盈配合設(shè)計(jì)的可靠性。

在變形量較小時(shí)，彈塑性有限元都能模擬結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，確切的反映輪毅配合間的接觸面應(yīng)力集中現(xiàn)象等，但是，當(dāng)因變形較大而產(chǎn)生塑性變形時(shí)，通過彈塑性的模擬分析能夠更加真實(shí)的反映出有關(guān)輪對(duì)產(chǎn)生的塑性變形，因而，相比之下，彈塑性有限元模擬更加真實(shí)。FREDERIC等用有限元 ANSYS 軟件對(duì)曲軸模型進(jìn)行了有限元分析，得出了轉(zhuǎn)子與曲軸在不同變形狀態(tài)下應(yīng)力分布規(guī)律。結(jié)論表明最小變形量時(shí)轉(zhuǎn)子與曲軸接觸面不滑動(dòng)，最大變形時(shí)材料不失效，說明該系列產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求。危延剛針對(duì)盤和轉(zhuǎn)子中軸的連接進(jìn)行研究，使用商用軟件ANSYS 對(duì)軸從盤里拔出情況下盤軸連接處的應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。得出結(jié)構(gòu)體上面接觸面上的應(yīng)力云圖。通過理論分析與應(yīng)力云圖進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)論，能夠?yàn)楣I(yè)上面關(guān)于過盈配合和組裝提供依據(jù)。朱玉琴應(yīng)用能量法詳細(xì)的分析了豬尾管的安裝應(yīng)力，并通過電算繪制了安裝應(yīng)力計(jì)算云圖，為施工人員提供參考依據(jù)。

在安裝應(yīng)力測(cè)量方面，主要采用測(cè)量應(yīng)變，通過計(jì)算得出應(yīng)力的方式。劉晗針對(duì)實(shí)際、中寶鋼快速安裝高爐爐體的工程，在提升重量大、安裝時(shí)間緊的情況下，為保證施工安全，提高工作效率，以提升框架為研究對(duì)象，通過應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，解決了大型構(gòu)件檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。

三、管路安裝應(yīng)力控制系統(tǒng)研究

為了實(shí)現(xiàn)所研究理論的工程應(yīng)用價(jià)值，并為試驗(yàn)驗(yàn)證提供檢測(cè)手段，驗(yàn)證理論研究的正確性，本文基于模態(tài)測(cè)試技術(shù)對(duì)管道安裝應(yīng)力進(jìn)行識(shí)別，利用 VC++6.0 軟件開發(fā)了管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 系統(tǒng)選取典型飛機(jī)液壓管道，檢查管道在正常安裝情況下的頻響函數(shù)，提取管道的各階固有頻率，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)該管道測(cè)定實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的頻響函數(shù)，提取管道的各階有頻率，將實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的各階固有頻率與正常狀態(tài)下的固有頻率比較，判斷管道的安裝是否合格。

（1）系統(tǒng)設(shè)置：為了對(duì)管系中某根需要進(jìn)行測(cè)試的管路進(jìn)行標(biāo)示及之后數(shù)比較與存儲(chǔ)，首先進(jìn)行管路型號(hào)設(shè)置;數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置包括：通道設(shè)置，用于對(duì)采集卡進(jìn)行配置;傳感器設(shè)置，用于注冊(cè)新類型的傳感器;顯示范圍設(shè)置，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示到合適的大小。

（2）數(shù)據(jù)采集：利用錘擊法進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，界面中包括對(duì)采樣參數(shù)如采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)進(jìn)行設(shè)置，對(duì)沖擊力閾值、測(cè)點(diǎn)編號(hào)進(jìn)行設(shè)置等，并可以將采得的數(shù)據(jù)按設(shè)置的保存點(diǎn)數(shù)進(jìn)行沖擊響應(yīng)文件的保存。計(jì)算機(jī)與 NI 公司的 USB9234 數(shù)據(jù)采集器接口，實(shí)現(xiàn)力錘激振力、振動(dòng)加速度的采集。采用 NI c AQ-9162 機(jī)座可以插入 1 個(gè) USB9234 采集模塊，實(shí)現(xiàn) 4 通道測(cè)量，能夠方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)激勵(lì)單點(diǎn)測(cè)量工作;采用 NI c AQ-9178 機(jī)座可以同時(shí)插入 8 個(gè) USB9234 采-集模塊，實(shí)現(xiàn) 32 個(gè)通道信號(hào)的同步采集，能夠方便適用于單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)測(cè)量;

（3）模態(tài)分析：對(duì)采得的沖擊響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，模塊中的 Dyplot 插件可以將沖擊響應(yīng)函數(shù)、沖擊激勵(lì)、相干函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)顯示出來，直觀上可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)把握;

（4）安裝應(yīng)力識(shí)別：試驗(yàn)得到的結(jié)果可與數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的標(biāo)準(zhǔn)模態(tài)進(jìn)行對(duì)比，從而判別出是否存在安裝應(yīng)力。

（5）樣本數(shù)據(jù)設(shè)置：該模塊主要利用 VC++的 ODBC 數(shù)據(jù)庫(kù)編程，使用 Microsoft Access為本系統(tǒng)軟件構(gòu)造一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù) PASTS_Database.mdb，用于存儲(chǔ)相關(guān)參數(shù)和不同管型正常狀態(tài)下的頻響函數(shù)，實(shí)現(xiàn)安裝應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)管理，方便結(jié)果的存儲(chǔ)、調(diào)用、查看。

【總結(jié)】

管道應(yīng)力分析不僅關(guān)系管道自身的安全，同時(shí)會(huì)影響到與其相連的設(shè)備及周邊結(jié)構(gòu)的安全，因此，在管道設(shè)計(jì)的過程中引起了越來越多的關(guān)注。在管道設(shè)計(jì)中裝配引起的裝配應(yīng)力在某些情況下甚至大于工作應(yīng)力，是當(dāng)前理論和工程界共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題。

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