本发明属于直升机旋翼系统强度设计领域，尤其涉及一种多载荷异相位加载下结构特征应力优化计算方法。
背景技术：
1、直升机振动环境较为复杂，主要振源为：旋翼系统、传动系统和发动机，传递至机身后形成了以周期振动为主，叠加随机振动的复杂环境。旋翼系统中的部件受载形式较为单一，然而，多个异相位周期载荷同时作用时，作为疲劳寿命分析的重要输入，部件的特征应力结果提取尤为重要
2、传统的表征手段是通过简化载荷输入，取所有载荷幅值加载提取最大应力点作为特征应力，但是忽略了加载时相位差带来的载荷方向问题，导致计算风险较高。因此，本发明提供了一种多个异相位周期载荷同时作用的特征应力计算方法，为桨毂部件的疲劳寿命分析提供支撑。
技术实现思路
1、本发明的目的：本发明的目的是在减少计算量的情况下，提取异相位多载荷下的结构特征应力。
2、技术方案
3、主要思路为：加载包含确切相位信息的周期载荷，分成包含一定时间间隔点的分析步，采用数值拟合方法找到周期内结构件的最大应力，进而得到结构特征应力。
4、一种多载荷异相位加载下结构特征应力优化计算方法，基于直升机桨毂而实现，直升机桨毂部件受载类别包括：桨毂中心载荷、桨叶根部段载荷、阻尼器载荷、变距拉杆载荷、弹性轴承载荷，均可简化为简单周期载荷，以桨毂连接件为例，结构连接形式如附图1所示。若约束桨叶根部端，则受力有：弹性轴承处载荷fx、fy、fz、阻尼器载荷fa和变距拉杆载荷fb三类，且三类载荷间存在相位差。记载荷分别为：
5、
6、其中，t为载荷时间点，ω1、ω2、ω3分别为弹性轴承处载荷、阻尼器载荷、变矩拉杆载荷的角速度，分别为弹性轴承处载荷、阻尼器载荷、变矩拉杆载荷的初始相位，a1、a2、a3、a4、a5分别为弹性轴承处载荷fx、fy、fz、阻尼器载荷、变矩拉杆载荷的幅值。
7、将上述载荷同时加载至连接件模型中，求解时长设定为周期最长载荷的2倍周期，即
8、
9、其中，t为求解时长。
10、求解沿时长分为2n个分析步进行，特征应力提取共有两种方法：
11、方法一、样条插值法，步骤如下：
12、(5)由于相位差对结果的影响，舍弃第1至n个分析步的结果，选取各个节点在第n+1至2n个分析步结果中的最大应力点σp；
13、(6)提取σp-1、σp、σp+1作为基础点，拟合时间t与节点应力σ的二次函数σ＝at2+bt+c；
14、(7)根据函数表达式计算得到各节点最大应力σmax，按照同样的方式得到各节点最小应力σmin；
15、(8)至此，得到结构中所有节点的应力极值，选取极值中的最大应力与最小应力作为特征应力输出结果。
16、方法二、三角函数法，步骤如下：
17、(4)由于相位差对结果的影响，舍弃第1至n个分析步的结果，选取各个节点在第n+1至2n个分析步结果中的最大(或最小)应力点σp；
18、(5)提取σp-1、σp、σp+1作为基础点，拟合时间t与节点应力σ的三角函数
19、(6)根据函数表达式计算得到各节点最大应力σmax和最小应力σmin；
20、(4)到结构中所有节点的应力极值，选取极值中的最大应力与最小应力作为特征应力输出结果。
21、至此，得到结构中所有节点的应力极值，选取极值中的最大应力与最小应力作为特征应力输出结果。
22、进一步的，本方法中，弹性轴承处的三个方向载荷角速度和初相位相同；
23、进一步的，本方法中，弹性轴承不传载弯矩载荷，只传载剪力载荷；
24、进一步的，本方法中，连接件与中央件之间存在弹性轴承铰点，即球柔性桨毂；
25、进一步的，本方法中，分析步的密集度应尽量复合载荷的斜率变化，建议n>5；
26、进一步的，若要验证本方法中最大应力与最小应力的准确性，可采用增加分析步的方式，分析步越多则结果越接近于真实。
27、本发明的有益效果：
28、一种多载荷异相位加载下结构特征应力优化计算方法，通过周期载荷加载规律，采用拟函数方法提取有限元结构分析应力结果，解算后得到疲劳寿命分析特征应力，为结构疲劳设计提供重要输入。该方法能过够快速准确地提取结构特征应力，避免了因步长设置不合理产生的特征应力偏小现象，对直升机旋翼系统的强度设计有重要意义。相比起传统的异相位载荷加载时，采用所有载荷最大值加载的方法，本方法分析更精准，能够有效模拟结构件在载荷加载周期内的应力变化。
1.一种多载荷异相位加载下结构特征应力优化计算方法，其特征在于，基于直升机桨毂而实现，直升机桨毂部件受载类别包括：桨毂中心载荷、桨叶根部段载荷、阻尼器载荷、变距拉杆载荷、弹性轴承载荷，简化为简单周期载荷，以桨毂连接件为例，若约束桨叶根部端，则受力有：弹性轴承处载荷fx、fy、fz、阻尼器载荷fa和变距拉杆载荷fb三类，且三类载荷间存在相位差；记载荷分别为：
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，求解沿时长分为2n个分析步进行，特征应力提取共有两种方法：
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，得到结构中所有节点的应力极值，选取极值中的最大应力与最小应力作为特征应力输出结果。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，本方法中，弹性轴承处的三个方向载荷角速度和初相位相同。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，本方法中，弹性轴承不传载弯矩载荷，只传载剪力载荷。
7.根据权利要求8的方法，其特征在于，本方法中，连接件与中央件之间存在弹性轴承铰点，即球柔性桨毂。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，本方法中，分析步的密集度应尽量复合载荷的斜率变化，建议n>5。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，若要验证本方法中最大应力与最小应力的准确性，采用增加分析步的方式，分析步越多则结果越接近于真实。
