改进的耐久性分析裂纹萌生方法研究

针对耐久性分析裂纹萌生方法所存在的影响其工程应用效果的 3个重要问题 ,加以研究和改进 .在结构使用载荷谱下进行一组模拟试件的耐久性试验 ;依据裂纹萌生寿命试验数据 ,用计算反推法确定结构细节裂纹萌生p s N曲线三参数式的参数cp;分析了对数裂纹萌生寿命标准差对经济寿命的重要影响 ,取该标准差值为飞机结构对数疲劳寿命的常用标准差值 0 .1 76～ 0 .2 ,从而建立了能够准确预测结构经济寿命的改进的耐久性裂纹萌生方法 .这种方法已在我国多种飞机结构的耐久性评定中得到成功的应用     

变更载荷谱情况下的耐久性分析技术与应用

针对全尺寸飞机结构疲劳(耐久性)试验过程中更改载荷谱情况下对全尺寸结构疲劳试验机(单机)进行耐久性评定的需求,基于耐久性分析的概率断裂力学方法和改进的裂纹萌生方法,提出了综合不同谱下耐久性试验数据集确定描述结构细节原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸分布的方法,给出了载荷谱变更情况下计算各应力区裂纹超越概率的损伤累加方法,从而建立了能够准确预测载荷谱变更情况下结构经济寿命的耐久性评定方法.这种方法已成功应用于某型飞机结构全尺寸试验中更改载荷谱情况的耐久性评定,有着重要的工程应用价值.      

飞机结构MSD失效概率的敏感性分析

考虑到飞机结构的多部位损伤（MSD,Multiple Site Damage）结构裂纹萌生位置的不同可能对结构的安全性能存在影响,分析结构失效概率对各应力集中部位裂纹萌生寿命和应力的敏感性,量化其对结构安全性能的影响.裂纹萌生寿命采用对数正态模型,通过定义核函数建立MSD结构失效的敏感性分析模型, 采用Monte-Carlo模拟计算概率敏感度.该方法利用Monte-Carlo概率分析的结果,只需增加少许计算量即可得到失效概率对参数的敏感度.将该方法应用于共线多孔板分析,得到了给定寿命下失效概率对各关键位置应力和裂纹萌生寿命对数均值的敏感度,从而确定了对结构安全影响最大的位置.      

机群结构耐久性分析的裂纹萌生方法

为采用裂纹萌生方法(CIA)进行机群结构耐久性分析,需要综合考虑载荷谱分散和结构特性分散,但是关于综合考虑结构特性和载荷谱分散的机群寿命标准差取值应如何确定并未给出明确的方法。为此,进行了某飞机某关键结构7B04 T74铝合金模拟试件在3个单机谱下的耐久性试验,通过断口判读确定试件裂纹萌生寿命,反推得到结构细节的三参数式P-S-N曲线参数,对比分析表明载荷谱差异对P-S-N曲线参数无影响。为描述机群载荷谱分散的影响,提出了机群"当量"P-S-N曲线的概念和参数估计方法。采用疲劳分析方法确定细节裂纹超越概率,对损伤度进行评估,建立了综合考虑结构特性分散和载荷谱分散的CIA。      

飞机结构多部位损伤发生的可能性分析

基于疲劳统计学与断裂力学的基础,利用已有的飞机单细节结构试验结果,提出一种定量计算飞机结构发生多部位损伤(MSD,Multiple Site Damage)可能性的方法.该方法简化了飞机结构发生MSD可能性的计算,为飞机结构的安全性评估提供基础.该方法认为单细节的裂纹萌生寿命服从正态分布或对数正态分布.对于多细节的飞机结构,到某一时刻,当2个或2个以上细节萌生裂纹时,则认为该结构发生了MSD.给出了具体的方法介绍和理论推导,并给出了一个具体的计算示例,得到MSD产生概率与应力水平的关系曲线.计算结果表明,该方法计算合理,较符合实际情况,利于工程应用.      

飞机结构经济维修方案优化技术

在现代先进飞机结构耐久性设计技术中,结构经济维修是一个重要方面.为了确保飞机结构的经济寿命和可靠性,必须制订合理的结构经济维修方案.本文详细地讨论了各种因素对确定飞机结构经济维修方案的影响及其确定原则,从工程实用的角度建立了以耐久性分析为基础的飞机结构经济维修方案优化方法.该方法考虑了修理后结构经济寿命估算的特点,给出了一个实际飞机结构修理方案制订的算例.     

飞机结构耐久性/损伤容限综合设计与分析

飞机结构单独采用耐久性设计或者单独采用损伤容限设计都会影响飞机结构的最优化设计.针对此问题,在现有的飞机结构耐久性和损伤容限分析方法基础上提出了飞机结构耐久性／损伤容限综合设计与分析方法并建立了分析流程图.在保证结构安全和经济维修的前题下,提出了以飞机结构重量和检修一体化作为飞机结构优化设计的指标.该方法可用于新研飞机的设计和现役飞机寿命的可靠性评定分析,具有实用价值.      

腐蚀环境下的随机耐久性分析方法

为了对恶劣环境下工作的飞机结构进行耐久性分析,建立了腐蚀环境下的随机耐久性分析方法.假设地面停放预腐蚀和空中飞行腐蚀疲劳相互独立,腐蚀环境下的结构疲劳质量服从威布尔分布,采用对数正态随机变量模型描述裂纹扩展过程,得到了裂纹超越概率的表达式.通过与一般环境下和腐蚀环境下的概率断裂力学方法的对比,证实方法更接近于飞机结构的真实使用情况,可以用于腐蚀环境下工作的飞机结构的耐久性评定.     

S06钢疲劳性能及其概率特性

采用高频疲劳试验方法对新型高强度沉淀硬化马氏体不锈钢S06钢中长寿命疲劳性能进行了测量,结果发现:随着应力水平降低,疲劳裂纹趋向于从试样内部萌生,裂纹内部萌生的试样寿命高于表面萌生的试样寿命,二者分散性很大.为了对S06钢长寿命疲劳数据概率特性进行正确的评估,主要对内部萌生机制下的数据进行了研究:利用定时截尾数据的极大似然估计方法和定时截尾数据的柯尔莫哥洛夫检验方法对长寿命区一定应力水平下的疲劳寿命概率分布情况进行了研究,结果表明疲劳寿命服从对数正态分布;采用考虑越出数据的极大似然方法对S06钢应力寿命数据进行拟合,建立了P-S-N曲线模型;利用P-S-N曲线对S06钢长寿命区疲劳强度概率分布进行了讨论.     

温度/机械载荷作用下裂纹扩展的随机化分析

为描述温度/机械载荷共同作用下裂纹扩展速率,基于疲劳和蠕变裂纹扩展的线性叠加模型,给出了结合试验的修正方法.该方法根据试验结果提取新的材料参数,解决了原模型中由于交变载荷对蠕变裂纹扩展的影响所导致的材料参数不独立的问题.在此修正模型基础上,引入对数正态随机过程,建立了温度/机械载荷共同作用下的裂纹扩展随机模型,并采用泰勒级数展开法获得了指定裂纹长度下寿命分布和指定寿命下裂纹长度分布的表达式.通过算例比较随机模型和试验结果获得的寿命分布,证实了该随机化处理方法的可靠性.     

服从不同分布的疲劳寿命分散系数分析

民机结构的疲劳寿命服从双参数威布尔分布,其分散系数与战斗机基于对数正态分布的疲劳寿命分散系数存在明显的不同.为分析疲劳寿命服从这两种不同分布时分散系数的区别和联系,导出了疲劳寿命服从双参数威布尔分布时的理论和试验用疲劳寿命分散系数计算公式;并从理论基础和数值计算结果两个方面,对服从对数正态分布和双参数威布尔分布的疲劳寿命分散系数进行了对比,所得的结论对确定民机结构疲劳寿命分散系数提供了重要的技术依据.     

独立多细节结构耐久性试验寿命的统计标定

在进行疲劳试验评定结构寿命时,为了能真实模拟实际结构形式和传载情况,模拟试件往往设计成多细节试件,进行不完全疲劳寿命试验,必须由多细节试件寿命推断单细节寿命.针对工程上常用的两种寿命分布形式:对数正态分布和双参数Weibull分布,以结构串联失效模型为基础,建立了由相同独立多细节结构疲劳寿命分布确定单细节寿命分布的统计标定方法.当多细节试件寿命服从对数正态分布时,可近似认为单细节寿命也服从对数正态分布,单细节寿命分布参数与多细节试件寿命分布参数间存在确定关系,并且单细节寿命数学期望和标准差均高于多细节试件相应参数;当多细节寿命服从双参数Weibull分布时,单细节寿命也服从双参数Weibull分布,其斜率不变,但位置参数按比例放大.最后给出了一个分析实例.     

一种考虑腐蚀影响的飞机结构疲劳试验方法

考虑腐蚀环境的影响,提出了一种关于飞机结构在一般环境下的疲劳试验方法.该方法综合考虑地面停放预腐蚀和空中腐蚀疲劳对结构疲劳寿命的影响,由腐蚀环境下结构设计疲劳寿命要求和年平均飞行小时数反推出一般环境下的疲劳寿命指标,从而确定结构疲劳试验目标寿命,为结构疲劳试验提供指导,具有重要的工程实用价值.     

基于威布尔分布的C-T曲线通用性分析

为研究载荷谱、恒幅应力水平及裂纹尺寸对疲劳寿命预腐蚀影响系数C(T)的影响,建立了基于疲劳寿命服从威布尔分布的C(T)对比法.地面停放预腐蚀对结构疲劳寿命的影响规律可以用C-T曲线表示,当预腐蚀疲劳寿命位于长寿命段,常假定其服从威布尔分布,C(T)为预腐蚀后和未腐蚀结构特征寿命的比值.取预腐蚀疲劳寿命分布函数的形状参数为材料常数,采用极大似然方法估计特征寿命,得到其分布特性,从而建立了C(T)估计量的分布特性,构造了不同环境下的C(T)统计对比法,用于C-T曲线通用性分析. 试验数据分析表明,当取疲劳寿命服从威布尔分布时,C-T曲线与载荷谱、应力水平及裂纹尺寸基本无关.     

结构使用寿命评定的功能失效概率控制方法

提出了结构关键件功能失效概率、单机功能失效概率和机群功能失效概率的概念.以二项分布为基础,建立了从结构关键件功能失效概率、单机功能失效概率直至机群功能失效概率分析计算模型,并建立了基于功能失效概率控制的结构修理时间确定和使用寿命评定方法,给出了型号结构使用寿命评定计算分析实例.