腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定技术研究

评定飞机结构的疲劳寿命，应该在疲劳定寿的全部试验中施加载荷谱和对应的腐蚀环境，由于腐蚀环境的复杂性，工程上无法实施。为解决这一问题，本文以一般环境下疲劳定寿结论为基础，针对歼击机腐蚀环境特点及主要疲劳关键件和关键部位，建立了一整套综合考虑地面停放腐蚀和空中腐蚀疲劳影响的寿命修正方法及对应的试验与分析技术，对飞机结构疲劳寿命和外场飞机的单机寿命监控有重要的工程应用价值。     

飞机结构腐蚀部位涂层加速试验环境谱研究

提出了适用于飞机结构腐蚀关键部位涂层的加速试验环境谱,该谱的基本构成以CASS谱为基础,1个周期包括温湿、紫外照射、热冲击、低温疲劳和盐雾5个环境块,代表地面停放1a.结合我国沿海、湿热地区实际情况给出了温湿试验、热冲击试验的具体条件,并建立了盐雾试验中性与酸性盐雾的比例、紫外试验时间及低温疲劳应力的确定方法.以某歼击机腐蚀关键部位作为实例具体阐述了加速环境谱的编制过程,并用与外场飞机关键部位腐蚀程度对比的方法验证了1个周期代表我国沿海、湿热地区停放1a的当量加速关系.     

先进战斗机寿命设计与延寿技术发展综述

轻质长寿命一直是飞机结构强度设计所追求的目标,也是一代又一代结构强度工作者所面临的永恒主题。随着国内外航空工业的发展、疲劳设计理论以及现役飞机延寿工程的开展,飞机寿命设计与延寿技术取得了快速发展。本文从20世纪60年代飞机设计中引入疲劳设计开始,以疲劳设计准则的发展为主线,对分散系数的确定、载荷谱编制技术、飞机寿命设计与延寿技术、日历寿命评定、单机寿命监控等技术的形成与发展进行综合论述。有成功的经验,也有失败的教训,从实践中发展出疲劳设计的理论体系、分析方法与规范标准,带来了飞机设计寿命指标的不断提升,保障服役飞机的飞行使用安全。提出耐久性/损伤容限设计思想是目前及未来飞机长寿命设计及延寿的主要设计思想,全尺寸耐久性/损伤容限试验是飞机定寿、延寿最主要的技术途径,结构细节设计、耐久性预防性修理以及单机寿命监控也是确保长寿命设计指标实现和现役飞机延寿成功不可或缺的技术手段。     

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。      

有限元建模专家系统FEMES

FEMES是用于支撑航空结构有限元建模和分析的智能化软件。在视窗(WINDOWS)支持下采用C~( )/C语言,按面向对象的设计方法编程。它考虑了结构中带受力或部分受力口盖的开口、加强筋、偏心等结构异型以及弹塑性、稳定性等非线性效应影响,通过迭代自适应地修改模型;能定量化地输出NASTRAN程序使用的模型数据,并可通过解释推理过程对分析人员进行建模知识的培训。FEMES系统在××机的机翼和中机身有限元模型中进行了建模和修模的测试应用,结果表明,FEMES的应用提高了实际结构计算结果与试验结果的相符程度。     

综合考虑载荷谱和结构特性分散的概率断裂力学方法

在飞机结构的设计定型阶段,要综合考虑载荷谱和结构特性的分散评估机群的可靠寿命。为此,进行了某型飞机结构细节的TA15M钛合金模拟试件在3个单机谱下的耐久性试验,断口判读得到主裂纹扩展(a,t)数据,反推得到了当量初始缺陷尺寸(EIFS)。对比分析表明,载荷谱分散对EIFS分布参数无影响,估计得到了通用EIFS分布参数。建立了考虑载荷谱分散的裂纹扩展对数正态随机变量模型及参数估计方法,由此确定裂纹超越概率并进行损伤度评估,建立了综合考虑载荷谱和结构特性分散的概率断裂力学方法(PFMA)。     

基于双峰对数正态分布模型的DED-TA15钛合金DFR值估计方法

在不考虑客观随机因素的飞机飞行姿态动力学建模和仿真过程中，仿真结果通常与飞行实测数据具有一定的偏差。以飞行实测数据的统计分析为基础，研究了一种具有随机激励的飞行姿态动力学建模方法，并采用随机动力学的研究手段对飞机的飞行动力学问题进行仿真分析。计算结果显示，随机因素对于飞行姿态具有显著的影响，且考虑不确定因素的仿真模型随机响应能够比确定性响应更精准地模拟飞机在真实环境中的飞行状态，为下一步精准分析飞行姿态提供了新的思路。     

涂层加速老化与自然曝晒试验的相关性分析

为了研究加速老化试验与自然曝晒试验的相关性，进行了飞机典型7B04 T74铝合金-30CrMnSiA钢-7B04 T74铝合金双排8个钢螺钉连接件在防护涂层加速谱下6个周期的加速老化试验和海南万宁2年的自然曝晒试验。观测并记录了不同加速周期和曝晒年限的防护涂层失光、变色、粉化、起泡、开裂、剥落和基体腐蚀现象，对加速老化和自然曝晒的防护涂层表观老化特征、基体腐蚀产物进行了对比分析，表明加速老化试验可以再现外场老化特征。考虑到防护涂层老化特征的多属性和动态性，对2种环境下的老化损伤进行了综合量化评估，用指数函数描述老化特征量随时间的变化规律。通过老化动力学规律的对比，给出了当量加速关系的表示形式，并得到了加速谱和海南万宁自然曝晒试验的当量加速关系为0.4年/周期。      

基于双峰对数正态分布模型的DED-TA15钛合金DFR值估计方法

有效评价增材制造金属材料的疲劳强度，是增材制造技术应用于可重复使用飞行器主承力结构的关键。以DED-TA15钛合金为研究对象，基于3种应力水平下标准圆棒试件的成组疲劳试验结果，建立了描述DED-TA15钛合金疲劳寿命分布的双峰对数正态分布模型，采用EM算法，建立了双峰对数正态分布的参数估计方法；采用Bootstrap方法给出了指定置信度和可靠度要求的疲劳寿命计算方法。在军机DFR方法的基础上，给出了适用于DED-TA15钛合金的DFR值计算方法。与传统单峰对数正态分布相比，双峰对数正态分布更精确的描述了疲劳寿命分布，提高了高可靠度和高置信度要求下的疲劳寿命，DFR值也有所提高。该方法降低了因描述模型不精确导致的对设计许用应力的过度限制，有效的提高DED-TA15钛合金的使用潜力。