飞机结构广布疲劳损伤的研究进展

老龄飞机结构的广布疲劳损伤（WFD）严重危害结构的完整性,成为近几年保证飞机结构完整性的研究热点之一。传统的损伤容限分析对广布疲劳损伤结构不适用,含WFD结构中多个裂纹之间的相互作用使得结构的损伤容限评估复杂化。介绍了国内外老龄飞机结构广布疲劳损伤研究的进展情况,包括应力强度因子、剩余强度、裂纹扩展以及裂纹形成的研究,展望了进一步研究的方向。     

加筋板多处损伤裂纹预制及检测方法、维修寿命分析

老龄飞机结构（机身、机翼）大多数破坏为多处损伤所致。因此，及时发现多处损伤成为保证飞机飞行安全的关键问题之一。为了弄清飞机主要结构多处损伤发生过程及如何检测、维修及维修后寿命，我们做了加筋板多处损伤疲劳裂纹预制试验，并对试验结果做了一定分析，为飞机结构检修周期的制定提供一定参考依据。     

老龄飞机广布疲劳问题的研究进展

广布疲劳损伤(WFD)是老龄飞机结构中存在的一种损伤,直接影响到飞机的安全性和可靠性。它的特征是飞机的多个部位存在疲劳裂纹损伤或构件上同时存在多个疲劳裂纹损伤。这些裂纹一旦发生聚合和连通,结构剩余强度就会急剧降低,从而发生灾难性的事故。由于WFD的复杂性,很难采用传统的单裂纹线弹性断裂力学理论进行分析和研究。在WFD的建模、应力强度因子的求解、疲劳寿命的评估等方面,介绍了老龄飞机广布疲劳损伤的研究现状和基本方法,并提出了一些当前需要解决的问题。     

成像技术在老龄飞机结构疲劳损伤中的应用

针对老龄飞机的结构损伤状况,分析了传统的飞机结构损伤检测方法,重点讨论了成像技术的特点以及在老龄飞机结构疲劳裂纹和腐蚀检查中的应用.     

军用飞机结构日历寿命相关问题的思考

本文系统分析了军用飞机日历寿命早于飞行小时寿命先到的原因,指出了现役飞机结构延长日历寿命过程中应该加强结构综合损伤变量选取、服役结构疲劳品质变化规律、材料-环境-时间与损伤度数据库、老龄飞机腐蚀损伤演化规律、防腐体系有效性的加速腐蚀试验及失效分析方法、飞机结构腐蚀损伤检测技术、腐蚀对结构完整性的影响、对老龄飞机维护和检查时应考虑退化因素等关键问题的研究,并提出了相应的解决思路。     

民机广布疲劳损伤的适航验证

广布疲劳损伤是老龄飞机结构中存在的一种损伤,直接影响到飞机的安全性和可靠性,它的特征是飞机的多个部位存在疲劳裂纹损伤或构件上同时存在多个疲劳裂纹损伤。这些裂纹一旦发生聚合和连通,结构剩余强度就会急剧降低,从而发生灾难性的事故。以美国FAA为代表的国际当局也一直在寻求避免民机发生由广布疲劳损伤导致的事故的方法,在经过多年的研究后,FAA发布了相关文件,对现行规章及指导材料进行了修正,明确了民机验证广布疲劳损伤问题的方法。本文参照文件介绍避免广布疲劳损伤发生的方法及对民机设计与验证的影响。     

油箱泄漏检测

由飞机燃油箱和管路引起的泄漏和油箱污染,不仅会给运营商造成损失,泄漏的燃油还会污染水源,导致严重的环境污染.老龄飞机的燃油渗漏多出现在机翼的高应力区域,因为应力可能导致油箱螺栓和紧固件松动,或使油箱出现裂纹,这些损伤和裂纹随着飞行小时的增加逐渐形成渗漏.另外,恶劣天气和飞机硬着陆加速了油箱密封材料的失效,在炎热、潮湿气候下运营以及经过不当修理的飞机的此类情况可能更为严重.     

多处损伤特性的研究

对老龄飞机结构中存在的多处损伤 ( MSD)进行了研究。从 MSD试件的裂纹扩展实验中得出 :MSD服从净截面屈服破坏准则 ;MSD使剩余强度明显降低,临界裂纹尺寸大大减小,裂纹扩展寿命显著缩短,从而使损伤容限能力减退,破损安全不复存在。试用组合法求解 MSD裂纹的应力强度因子,并将其用于 MSD裂纹的扩展分析,所得裂纹扩展寿命计算结果与实验符合良好     

老龄飞机结构广布疲劳损伤研究的关键问题

老龄飞机的广布疲劳损伤问题已经成为学术界和工业界关注的问题之一。从飞机机身蒙皮连接的细节应力分析、裂纹形成、裂纹扩展、剩余强度等几个方面对广布疲劳损伤进行了研究,并对当前需要研究的问题进行了分析。     

多处损伤的疲劳裂纹扩展分析方法研究

多处损伤（ＭＳＤ）影响老龄飞机结构完整性的重要因素之一。本文以线弹性断裂力学为基础，建立了一套工程适用且具有良好预测精度的ＭＳＤ疲劳裂纹扩展分析方法。     

含MSD共线多孔平板应力强度因子有限元分析

利用FRANC2D/L对含MSD某型飞机增压舱蒙皮搭接接头进行了有限元分析,得到了不同损伤模式下的应力强度因子(SIF)的计算曲线,和已有的文献比较表明,数值结果精确,方法可靠,即不同长度裂纹的SIF计算可有效地通过FTRANC2D/L的裂纹扩展功能来实现。计算结果表明,在某些情况下,MSD裂纹的SIF可按单裂纹的SIF进行计算;影响MSD裂纹SIF的因素主要是临近裂纹的长度、裂纹间或裂尖与钉孔间的距离。最后给出裂纹连通前后MSD裂纹SIF随裂纹扩展历程变化的规律。     

飞机结构搭接件腐蚀三维裂纹扩展特性分析

通过对某型退役飞机分解检查,发现搭接件在腐蚀产物的膨胀作用下产生了裂纹。采用20节点等参奇异元,运用三维有限元法分析含半椭圆裂纹的飞机结构搭接件的应力应变状态,通过计算裂纹前缘典型部位的应力强度因子,预测了裂纹的扩展趋势,分析了其危害性。结果表明,搭接件半椭圆形裂纹以较小的形状比(a/b)扩展,在较长阶段内并不会扩展到外表面。所以裂纹具有隐蔽性,对飞机安全构成潜在的威胁。     

多孔多裂纹平板的疲劳裂纹扩展试验与分析方法

飞机结构广布疲劳损伤是目前大型客机损伤容限设计与分析的难点。通过试验研究了典型多孔多裂纹2024-T3铝合金平板的裂纹扩展行为。试验结果表明：相邻孔边裂纹之间的相互干扰明显降低了共线多裂纹平板的疲劳裂纹扩展寿命。就本文研究的典型多孔板,所有孔边都出现了等长裂纹这一极端情况,其裂纹扩展寿命是单孔平板孔边裂纹扩展寿命的10%左右。本文采用Eshelby夹杂理论和权函数法给出了典型多孔多裂纹问题的应力强度因子近似解析解,并结合Paris裂纹扩展公式预测疲劳裂纹扩展寿命。与采用有限元法获得应力强度因子并预测多孔多裂纹板的疲劳裂纹扩展寿命进行对比,对比结果表明：采用解析解和有限元解获得的应力强度因子预测的疲劳裂纹扩展寿命与试验结果吻合良好;相比于有限元法,本文的应力强度因子解法简单、高效,将有助于飞机结构多位置损伤（MSD）的疲劳裂纹扩展寿命预测分析。     

改进的载荷循环分间隔法计算工程中MSD裂纹疲劳扩展问题

 由多部位损伤(MSD)裂纹的扩展特性,归纳总结出裂纹扩展过程中两类影响裂纹扩展速度的因素,给出在循环载荷作用下基于Pairs公式的裂纹扩展增量的递推公式。根据这一递推式,推导出数个循环载荷作用下裂纹扩展长度的近似算法。〖JP2〗同时,采用了变间隔分段处理方法。在评估了传统的载荷循环分间隔法的前提下,讨论了该方法的实现方式和所具有的优点。结合这两类改进方法,对一排共线孔有限宽薄板受远场均匀载荷作用的试样进行了计算分析,并与试验值和传统的载荷循环分间隔法的计算值做了比较。可以看出,对于普通的载荷循环分间隔处理方法,本文所提的改进方法能极大地提高结构件疲劳寿命的估算精度。对长寿命、大规模的MSD结构件使用此方法,能够在显著减小其计算规模的同时,得到一个较为精确的保守解。     

飞机连接结构防护涂层老化损伤量化评估方法

飞机连接结构防护涂层体系的老化过程具有多属性、模糊性和动态性的特点,综合量化评估防护涂层体系老化损伤程度对保障飞机连接结构的功能和使用安全具有重要作用。本文分析了现阶段的涂层老化损伤评级方法,提出了用等级描述老化损伤程度的量化评估技术途径,建立了基于模糊综合评判的量化评估方法。在国标、ISO和ASTM标准给出的单项评级方法的基础上提出了适用于飞机连接结构防护涂层体系老化损伤的单项评级方法,确定了因素集和评价集。采用专家打分法统计得到了各因素的权重分配,确定了权重集。选用正态分布隶属函数来确定评价矩阵,给出了隶属函数参数的计算方法和结果,建立了评价矩阵的确定方法。进行了某型飞机机翼上下表面连接部位模拟试件的加速腐蚀试验,采用本文提出的量化评估方法对防护涂层体系的老化损伤进行了评估,确定了老化损伤等级,评估结果与试验结果相符,与腐蚀动力学规律一致,从而验证了本文提出的方法。     

广布损伤的试验研究与有限元分析

 通过对无钉载3排平行孔平板和无钉载3排交错孔平板从无裂纹开始的疲劳试验,发现应力大小对是否出现广布损伤(MSD)有重要影响,首裂孔和断裂排位不总是一一对应。在试验中观察到了MSD的竞争现象,证实了群发小裂纹也是MSD中一种重要的破坏形式。采用FRANC2D/L建立了对生裂纹、非对生裂纹和单裂纹3种开裂模式的有限元模型。计算结果表明:短裂纹扩展过程中,裂纹间干涉效应不明显,3种模式的应力强度因子增长趋势相近;而对于长裂纹,试验和有限元计算都证明了裂纹间的干涉显著地加快了裂纹的扩展。     

民用飞机蒙皮加筋壁板损伤容限分析方法探讨

主要介绍了民用飞机蒙皮加筋壁板损伤容限的分析方法,以中间筋条断裂的两跨纵向裂纹为例,将影响结构损伤容限特性的因素分为三部分进行计算,分别是加筋效应、鼓胀效应以及应力分布效应,最终得到相对应的裂纹尖端的应力强度因子并且进行裂纹扩展分析及剩余强度计算。文中选取实例采用这种方法进行计算,并将计算结果与试验数据对比,两者吻合较好,说明了本方法的可行性及实用性。     

含多种细节结构的耐久性评定技术研究与应用

 针对飞机结构寿命评定过程中含多种细节结构耐久性评定的需求,基于耐久性分析的概率断裂力学方法,提出了细节型式异同两种情况下结构总的裂纹超越数的计算方法,当细节型式相同时各种细节裂纹超越数直接累加,而细节型式不同时各种细节裂纹超越数加权累加,从而建立了含多种细节结构耐久性评定的一般方法。针对工程上存在大量的含相似细节结构,提出了S-N曲线折算与应力严重系数折算两种相似细节归并的工程方法。特别指出的是,提出的S-N曲线折算方法在保证精度的前提下可以节省较大的试验工作量,有着重要的工程应用价值,已成功应用于中国某型飞机结构定延寿关键部位的耐久性评定。