疲劳及其设计 个案分析

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1、疲劳及其设计个案分析：波音747的疲劳开裂疲劳断裂的定义：在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过长时间的工作而产生裂纹导致发生断裂，这种因循环应力或交变应力而使材料发生断裂的现象成为疲劳断裂。疲劳破坏的特征：1、在交变载荷作用下，构件交变应力远小于材料的静强度极限的情况下破坏也可能发生2、不管是脆性材料或是塑性材料，疲劳断裂在宏观上均表现为唔明显塑性变形的突然断裂，属于低应力类脆性断裂，故不易察觉，具有更大的危险性。3、疲劳破坏是一个累积损伤的过程，要经历一定的时间历程，甚至是很长的时间

2、历程。疲劳破坏过程实际由三个过程组成：裂纹的形成、裂纹的扩展和裂纹扩展到快速断裂4、疲劳破坏常具有局部性质，而并不涉及到整个结构的所有细节和部位。因此改变局部设计，就可延长结构寿命，并不需要更换结构全部材料或修改其他细节设计5、疲劳破坏断口在宏观和微观上均有其特征，特别是其宏观特征子啊外场目视检查即能进行观察，借此可判断是否属于疲劳破坏基于波音747客机疲劳设计的必要性1、疲劳断裂是零件早期失效的主要形式据统计，约有80%以上零部件失效是由疲劳引起的，其中大多数是突然断裂。2、疲劳断裂具有突发性，加大危害的程度

3、在飞机结构失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故。随着现代机械向高速和大型化方向发展，许多零部件在高温、高压、重载和腐蚀等恶劣工况下运行，疲劳破坏事故更是层出不穷。3、机械零件需要在恶劣的环境下运行随着现代机械向高速和大型化方向发展，许多零部件在高温、高压、重载和腐蚀等恶劣工况下运行。疲劳开裂的严重性及其基本对策：忽略疲劳开裂会使国家损失惨重，即使像美国这样的大国，就疲劳开裂而言，一年也损失了1190亿美元。而因为疲劳开裂造成的空难一年就能达到100次。

4、就如波音747的疲劳开裂：波音747的表皮金属结构基本上是焊接件再由铆钉连接，由于飞机的工作环境特殊，使用频繁，飞机某些部位的金属结构承受压力多次后就会产生疲劳开裂，会引发局部结构强度破坏，进而影响飞机的正常使用，或者是引起飞机失事。我们现今的对策只有普及断裂的基本知识、利用好现有的研究成果和基于现今的研究基础再次寻找突破口。上图给出了波音747的一些基本尺寸上两张图都是波音747的结构图从上图不难看出飞机的表皮非常的薄上图是一些波音747飞机失事后的图片波音747外表皮的成分分析：设计师为了减轻飞机自身重量，

5、使得飞机能减少耗油量能飞得更远，表皮采用的是铝合金。波音747在飞行速度与常识：波音747一经问世，便赢得了全世界乘客的青睐。747-400延续了747家族的传奇，集先进技术于一体，是世界上最先进、燃油效率最高的飞机。747-400是目前生产的唯一747机型，在气动性能方面有了许多重要的改进。波音747是目前世界上运用最广泛的客运飞机，也是最快的亚音速飞机，其速度能达到音速的85%，即900km/h。波音747主要疲劳断裂的部位：轴类、连杆、轴承类零件由于需要长时间在应力下工作，所以是疲劳失效主要发生的部位。因

6、此需要选择疲劳强度比较高的材料来制造这部分零件，这样可以提高零件的使用寿命，以及机身整体的使用寿命和安全性。预防疲劳开裂的措施：1、飞机的设计降低作用于零件危险部位上的实际应力，当零件表面存在缺陷、表面粗糙及表面有应力集中时，都会加速裂纹的萌生。因此，设计中应尽量避免应力集中，如避免复杂的型面、注意截面尺寸的圆滑过渡，提高表面光洁度、防止表面划伤以及避免表面缺陷和软点等2、机身的制造我们制造飞机时，机身的设计一定要均匀，若受力不平均将很容易出现疲劳断裂，制造工艺要确保缺口质量，有缺口的零件应避免选用缺口敏感的材

7、料3、材料的选择在保障飞机安全的情况下，尽可能地选择综合机械性能较好的材料作为飞机结构中的关键构件，减少材料内部缺陷；减小零件表面粗糙度数值以及采取各种表面强化方法。4、定期的维护和保养定期为飞机做全方位仔细的检查，主要查看飞机外表皮的焊接位置有无裂缝，或者铆钉有无断裂。