盧小勇

【摘要】飛機液壓系統(tǒng)管路振動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。國內(nèi)外很多型飛機都出現(xiàn)過類似故障。目前，在新機研制過程中，由于振動過大，導(dǎo)致管路斷裂及管接頭漏油故障十分頻繁，統(tǒng)計資料表明，飛機管路故障已經(jīng)成為飛機故障的主體。為了避免管路使用過程中產(chǎn)生疲勞裂紋，提高飛機安全性和可靠性，本文對管路進行了裝配質(zhì)量檢測與評估，研究了管路安裝的應(yīng)力控制。

【關(guān)鍵詞】飛機液壓系統(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

與國外相比，我國的管道應(yīng)力分析工作開展較晚，在國家標(biāo)準(zhǔn) GB 50316《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》中，與管道應(yīng)力相關(guān)的部分主要參考了美國規(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：強力對口應(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荷，并對相連接的設(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)力測試方面，對飛機管路的檢測過程中，傳統(tǒng)的應(yīng)力測試法需要利用應(yīng)變測試儀測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(yīng)力檢測的快捷方法，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，對初始安裝應(yīng)力進行仿真主要運用強迫位移法、軸對稱基礎(chǔ)單元法以及三維接觸單元法等。在這幾種方法中，運用強迫位移法計算得到的結(jié)果準(zhǔn)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(jié)構(gòu)，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(shù)的發(fā)展中，一些學(xué)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(chǎn)生的過盈配合現(xiàn)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(chǎn)生應(yīng)力分布情況，以及配合面精度對接觸應(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)計的可靠性。

在變形量較小時，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，通過彈塑性的模擬分析能夠更加真實的反映出有關(guān)輪對產(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。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(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轉(zhuǎn)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(chǎn)品滿足設(shè)計要求。危延剛針對盤和轉(zhuǎn)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(yīng)力進行計算。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)力云圖進行對比，得出結(jié)論，能夠為工業(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)力計算云圖，為施工人員提供參考依據(jù)。

在安裝應(yīng)力測量方面，主要采用測量應(yīng)變，通過計算得出應(yīng)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(yīng)力應(yīng)變進行跟蹤檢測，解決了大型構(gòu)件檢測的關(guān)鍵技術(shù)。

三、管路安裝應(yīng)力控制系統(tǒng)研究

為了實現(xiàn)所研究理論的工程應(yīng)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(tài)測試技術(shù)對管道安裝應(yīng)力進行識別，利用 VC++6.0 軟件開發(fā)了管道應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)。 系統(tǒng)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(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，針對該管道測定實驗狀態(tài)下的頻響函數(shù)，提取管道的各階有頻率，將實驗狀態(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：為了對管系中某根需要進行測試的管路進行標(biāo)示及之后數(shù)比較與存儲，首先進行管路型號設(shè)置;數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置包括：通道設(shè)置，用于對采集卡進行配置;傳感器設(shè)置，用于注冊新類型的傳感器;顯示范圍設(shè)置，將采集到的數(shù)據(jù)進行顯示到合適的大小。

（2）數(shù)據(jù)采集：利用錘擊法進行模態(tài)試驗，界面中包括對采樣參數(shù)如采樣頻率、采樣點數(shù)進行設(shè)置，對沖擊力閾值、測點編號進行設(shè)置等，并可以將采得的數(shù)據(jù)按設(shè)置的保存點數(shù)進行沖擊響應(yīng)文件的保存。計算機與 NI 公司的 USB9234 數(shù)據(jù)采集器接口，實現(xiàn)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(xiàn) 4 通道測量，能夠方便地實現(xiàn)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(xiàn) 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(tài)分析：對采得的沖擊響應(yīng)數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換，模塊中的 Dyplot 插件可以將沖擊響應(yīng)函數(shù)、沖擊激勵、相干函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)顯示出來，直觀上可以對數(shù)據(jù)進行一個把握;

（4）安裝應(yīng)力識別：試驗得到的結(jié)果可與數(shù)據(jù)庫中存放的標(biāo)準(zhǔn)模態(tài)進行對比，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)庫編程，使用 Microsoft Access為本系統(tǒng)軟件構(gòu)造一個數(shù)據(jù)庫 PASTS_Database.mdb，用于存儲相關(guān)參數(shù)和不同管型正常狀態(tài)下的頻響函數(shù)，實現(xiàn)安裝應(yīng)力測試系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)管理，方便結(jié)果的存儲、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，同時會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)計的過程中引起了越來越多的關(guān)注。在管道設(shè)計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)注的熱點問題。

【參考文獻】

[1]傅國如，陳榮，呂鳳軍，李松航.發(fā)動機燃油供油管路斷裂失效分析[J].失效分析與預(yù)防，2007，（01）：29-33.

[2]王晶，陳果，鄭其輝，羅云，侯民利，蒲柳.飛機液壓管道初始裝配應(yīng)力仿真[J].航空計算技術(shù)，（06）：54-57.

[3]張彤.液壓金屬管路破裂原因及預(yù)防的研究[J].渤海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004，（02）：182-184.

[4]傅國如，陳榮，呂鳳軍，李松航.發(fā)動機燃油供油管路斷裂失效分析[J].失效分析與預(yù)防，2007，（01）：29-33.

[5]劉紅.飛機液壓管路開裂分析[J].失效分析與預(yù)防，2009，（04）：229-233.

石家莊海山實業(yè)發(fā)展總公司 河北石家莊 050208