某型飛機液壓系統管路安裝應力控制研究

盧小勇

【摘要】飛機液壓系統管路振動問題是多年來一直困擾著技術人員的主要問題，隨著新一代飛機液壓系統壓力越來越高、流量越來越大、結構越來越復雜，這一問題越來越突出。國內外很多型飛機都出現過類似故障。目前，在新機研制過程中，由于振動過大，導致管路斷裂及管接頭漏油故障十分頻繁，統計資料表明，飛機管路故障已經成為飛機故障的主體。為了避免管路使用過程中產生疲勞裂紋，提高飛機安全性和可靠性，本文對管路進行了裝配質量檢測與評估，研究了管路安裝的應力控制。

【關鍵詞】飛機液壓系統;管路安裝;應力控制

一、管路安裝應力控制概述

1.1管路安裝應力控制的含義

與國外相比，我國的管道應力分析工作開展較晚，在國家標準 GB 50316《工業金屬管道設計規范》中，與管道應力相關的部分主要參考了美國規范。

1.2管路安裝應力的危害

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

二、管路安裝應力控制的研究現狀

目前，對初始安裝應力進行仿真主要運用強迫位移法、軸對稱基礎單元法以及三維接觸單元法等。在這幾種方法中，運用強迫位移法計算得到的結果準確性最高，但是它對計算模

型有比較高的要求;二維軸對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稱結構，且計算時間較長;三維接觸單元法運算速度較快，但是求解的精度相對來說較低。

仿真技術的發展中，一些學者提出了更加針對性的仿真方法。趙華等以各種柱筒和軸為研究對象，采用虛擬接觸載荷法模擬分析它們間因強烈接觸而產生的過盈配合現象，提出了具體的計算方法與分析程序。比較詳細地研究了圓柱筒、凹形柱筒、凸形柱筒和實心軸間因過盈配合產生應力分布情況，以及配合面精度對接觸應力分布的影響。根據研究結果，在三種柱筒配合面邊緣都有不小應力集中現象。陳連等提出與經典的力學方法相比，用有限元方法可以有效的分析復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計的可靠性。

在變形量較小時，彈塑性有限元都能模擬結構的應力分布，確切的反映輪毅配合間的接觸面應力集中現象等，但是，當因變形較大而產生塑性變形時，通過彈塑性的模擬分析能夠更加真實的反映出有關輪對產生的塑性變形，因而，相比之下，彈塑性有限元模擬更加真實。FREDERIC等用有限元 ANSYS 軟件對曲軸模型進行了有限元分析，得出了轉子與曲軸在不同變形狀態下應力分布規律。結論表明最小變形量時轉子與曲軸接觸面不滑動，最大變形時材料不失效，說明該系列產品滿足設計要求。危延剛針對盤和轉子中軸的連接進行研究，使用商用軟件ANSYS 對軸從盤里拔出情況下盤軸連接處的應力進行計算。得出結構體上面接觸面上的應力云圖。通過理論分析與應力云圖進行對比，得出結論，能夠為工業上面關于過盈配合和組裝提供依據。朱玉琴應用能量法詳細的分析了豬尾管的安裝應力，并通過電算繪制了安裝應力計算云圖，為施工人員提供參考依據。

在安裝應力測量方面，主要采用測量應變，通過計算得出應力的方式。劉晗針對實際、中寶鋼快速安裝高爐爐體的工程，在提升重量大、安裝時間緊的情況下，為保證施工安全，提高工作效率，以提升框架為研究對象，通過應力應變進行跟蹤檢測，解決了大型構件檢測的關鍵技術。

三、管路安裝應力控制系統研究

為了實現所研究理論的工程應用價值，并為試驗驗證提供檢測手段，驗證理論研究的正確性，本文基于模態測試技術對管道安裝應力進行識別，利用 VC++6.0 軟件開發了管道應力監測系統。 系統選取典型飛機液壓管道，檢查管道在正常安裝情況下的頻響函數，提取管道的各階固有頻率，并將數據存入數據庫，針對該管道測定實驗狀態下的頻響函數，提取管道的各階有頻率，將實驗狀態下的各階固有頻率與正常狀態下的固有頻率比較，判斷管道的安裝是否合格。

（1）系統設置：為了對管系中某根需要進行測試的管路進行標示及之后數比較與存儲，首先進行管路型號設置;數據采集參數設置包括：通道設置，用于對采集卡進行配置;傳感器設置，用于注冊新類型的傳感器;顯示范圍設置，將采集到的數據進行顯示到合適的大小。

（2）數據采集：利用錘擊法進行模態試驗，界面中包括對采樣參數如采樣頻率、采樣點數進行設置，對沖擊力閾值、測點編號進行設置等，并可以將采得的數據按設置的保存點數進行沖擊響應文件的保存。計算機與 NI 公司的 USB9234 數據采集器接口，實現力錘激振力、振動加速度的采集。采用 NI c AQ-9162 機座可以插入 1 個 USB9234 采集模塊，實現 4 通道測量，能夠方便地實現多點激勵單點測量工作;采用 NI c AQ-9178 機座可以同時插入 8 個 USB9234 采-集模塊，實現 32 個通道信號的同步采集，能夠方便適用于單點激勵多點測量;

（3）模態分析：對采得的沖擊響應數據進行快速傅里葉變換，模塊中的 Dyplot 插件可以將沖擊響應函數、沖擊激勵、相干函數、頻率響應函數顯示出來，直觀上可以對數據進行一個把握;

（4）安裝應力識別：試驗得到的結果可與數據庫中存放的標準模態進行對比，從而判別出是否存在安裝應力。

（5）樣本數據設置：該模塊主要利用 VC++的 ODBC 數據庫編程，使用 Microsoft Access為本系統軟件構造一個數據庫 PASTS_Database.mdb，用于存儲相關參數和不同管型正常狀態下的頻響函數，實現安裝應力測試系統軟件的數據管理，方便結果的存儲、調用、查看。

【總結】

管道應力分析不僅關系管道自身的安全，同時會影響到與其相連的設備及周邊結構的安全，因此，在管道設計的過程中引起了越來越多的關注。在管道設計中裝配引起的裝配應力在某些情況下甚至大于工作應力，是當前理論和工程界共同關注的熱點問題。

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