The loss of strength in an aircraft structure as a result of cyclic stress over a period of life time is an important phenomenon for aircraft analysis. Load/stress spectrum can be constructed from the occurrence frequency based on the load/stress histories during a service lifetime. In this paper, three types of fatigue spectrum was compared. The rainflow counting method was applied to concentrate the stress spectrum obtained from the flight loads recorder(FLDR). A fatigue analysis for different stress spectrum was performed by using LUSAS computer application.
In this paper, we deducted the missions with respect to Korea utility helicopter (KUH) and consist of the scenarios which describe proper purpose of KUH. And so developed fatigue load spectrum of KUH by applying Helix that is fatigue load spectrum for blade of articulated helicopter rotor system. The developed load spectrum is applied to fatigue analysis of blade by modeled finite element with stress-life method (S-N). And we compared the result of fatigue analysis to prior to Helix for the sake of verifying the load spectrum that we generated.
The research for the fatigue analysis is regarded greatly as important in aerospace field. Moreover, a study on the fatigue characteristic is very actively progressing. In this study, the fatigue life estimation was performed for Flaperon Joint which has FCL(fatigue critical location) of tilt-rotor UAV. The Flaperon Joint should be taken the various loads by several missions profiles of UAV. The fatigue load spectrum of Flaperon Joint is generated by the standard mission segment for the tilt-rotor UAV, and this spectrum is used for the fatigue test and analysis. The in-house fatigue analysis program is applied to calculate the fatigue life based on Stress-Life(S-N) method. The S-N curve is generated from the S-N data of Mil-Handbook by second order polynomial regression method. Moreover, the coefficient of determination is used to ensure how accuracy it has. In addition, the Goodman equation is used to consider the mean stress effect for evaluating more accurate fatigue life. Finally, the result of fatigue analysis is verified by comparing with the fatigue test result for the Flaperon Joint.
This paper aims to evaluate the effect of typhoons on fatigue damage accumulation in steel decks of long-span suspension bridges. The strain-time histories at critical locations of deck sections of long-span bridges during different typhoons passing the bridge area are investigated by using on-line strain data acquired from the structural health monitoring system installed on the bridge. The fatigue damage models based on Miner's Law and Continuum Damage Mechanics (CDM) are applied to calculate the increment of fatigue damage due to the action of a typhoon. Accumulated fatigue damage during the typhoon is also calculated and compared between Miner's Law and the CDM method. It is found that for the Tsing Ma Bridge case, the stress spectrum generated by a typhoon is significantly different than that generated by normal traffic and its histogram shapes can be described approximately as a Rayleigh distribution. The influence of typhoon loading on accumulative fatigue damage is more significant than that due to normal traffic loading. The increment of fatigue damage generated by hourly stress spectrum for the maximum typhoon loading may be much greater than those for normal traffic loading. It is, therefore, concluded that it is necessary to evaluate typhoon induced fatigue damage for the purpose of accurately evaluating accumulative fatigue damage for long-span bridges located within typhoon prone regions.
장기운영된 항공기에는 비행시간의 누적에 따라 다양한 피로균열이 발생하며 이는 운영상 안전성 및 가동률을 저하시키는 요인이 된다. 이의 해결을 위하여 피로임계위치(Fatigue critical location, FCL)에 대한 균열 진전 해석은 매우 중요하다. 그러나 이러한 장기 운영된 항공기의 경우, 균열 진전 해석에 필수적인 FCL에서의 응력 스펙트럼 획득은 거의 불가능한 실정이다. 본 연구에서는 장기운영된 항공기 주익 구조물의 FCL에서의 균열 진전 해석을 수행하기 위하여, 먼저 주익 구조물에 대한 2차원 하드카피 형태의 도면으로부터 구축된 3차원 CAD 모델에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 또한 이러한 유한요소해석 결과 및 제한된 하중배수 자료를 기반으로 FCL에서의 전달함수와 응력 스펙트럼을 산출하였다. 상기 자료를 바탕으로 상용 균열 진전 해석 코드인 NASGRO를 이용하여 FCL에서의 균열진전해석을 수행하였다.
In this study, wave spectrum based fatigue analyses are studied for Turkey's adjacent coastal seas by using Maestro finite element analyzing software. Palmgren-Miner's method is used to obtain the fatigue safe life time. Palmgren-Miner's method was selected for the fatigue analyses because of its good acceptance of data from almost all classification societies such as Germanischer Lloyd, the American Bureau of Shipping, Det Norske Veritas, etc. The maximum stress regions of the structures are obtained by using finite element analyses, and the results are compared with the endurance limit of the W$\ddot{o}$hler diagram of AA5059 H321 aluminum alloy. The wave characteristics table given in this article is used to obtain the number of cycles for each sea condition. By using the wave characteristics table, the wave lengths, wave speeds, and cycles are obtained. This study is performed to estimate the lifetimes of a semi-swath type coast guard boat and/or commercial yacht projects, which are produced by using AA5059 H321 aluminum alloy, under different sea environment conditions. Fatigue examinations are performed for both head seas and oblique seas.
The skin structure of sensor pod mounted on the exterior of aircraft can be exposed to the acoustic dynamic load and static load such as aerodynamic pressure and inertial load during flight. Fatigue life prediction of structural model under acoustic load should be performed and also differential stiffness of model modified by static load should be considered. The acoustic noise test spectrum of MIL-STD-810G was applied to the structural model and the stress response power spectral density (PSD) was calculated. The frequency response analysis was performed with or without prestress induced by inplane static load, and the response spectrum was compared. Time series data was generated using the calculated PSD, and the time and frequency domain fatigue life were predicted and compared. The variation of stress response spectrum due to static load and predicted fatigue life according to the different structural model considering mean stress were examined and decreasing fatigue life was observed in the model with prestress of compressive static load.
본 연구의 목적은 항공기 주익 구조물에 대한 피로균열진전 해석 및 실험을 통하여 운영 기간에 따른 장기 운영 항공기의 손상허용성을 평가하는 하는 것이다. 이를 위하여 주익 구조물의 피로임계부위 2 곳을 대상으로, 선행 연구에서 개발된 알고리즘을 기반으로 산출된 피로응력 스펙트럼 및 상용 코드인 NASGRO 를 이용한 피로균열진전해석을 수행하고 그 결과를 참고문헌의 결과와 비교하여 피로응력 스펙트럼 및 균열진전해석방법의 타당성을 확인하였다. 또한 실제 주익 구조물에서 채취한 시험편 및 이와 동일 재료로 가공된 시험편을 대상으로 위의 피로응력 스펙트럼을 적용한 피로균열진전시험을 실시하고 그 결과를 이용하여 운영 기간에 따른 주익 구조물의 손상허용성을 평가하였다.
For the frequency-domain spectral fatigue analysis, the probability density function of stress range needs to be estimated based on the stress spectrum only, which is a frequency domain representation of the response. The probability distribution of the stress range of the narrow-band spectrum is known to follow the Rayleigh distribution, however the PDF of wide-band spectrum is difficult to define with clarity due to the complicated fluctuation pattern of spectrum. In this paper, efforts have been made to figure out the links between the probability density function of stress range to the structural response of wide-band Gaussian random process. An artificial neural network scheme, known as one of the most powerful system identification methods, was used to identify the multivariate functional relationship between the idealized wide-band spectrums and resulting probability density functions. To achieve this, the spectrums were idealized as a superposition of two triangles with arbitrary location, height and width, targeting to comprise wide-band spectrum, and the probability density functions were represented by the linear combination of equally spaced Gaussian basis functions. To train the network under supervision, varieties of different wide-band spectrums were assumed and the converged probability density function of the stress range was derived using the rainflow counting method and all these data sets were fed into the three layer perceptron model. This nonlinear least square problem was solved using Levenberg-Marquardt algorithm with regularization term included. It was proven that the network trained using the given data set could reproduce the probability density function of arbitrary wide-band spectrum of two triangles with great success.
Jie Xu;Chongyang Liu;Xingzhi Huang;Yaolei Zhang;Haibo Zhou;Hehuan Lian
Steel and Composite Structures
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제46권3호
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pp.435-449
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2023
Time domain method and frequency domain method are commonly used in the current fatigue life calculation theory. The time domain method has complicated procedures and needs a large amount of calculation, while the frequency domain method has poor applicability to different materials and different spectrum, and improper selection of spectrum model will lead to large errors. Considering that artificial neural network has strong ability of nonlinear mapping and generalization, this paper applied this technique to random fatigue life prediction, and the effect of average stress was taken into account, thereby achieving more accurate prediction result of random fatigue life.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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