飞行器结构疲劳强度与断裂分析综述

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1、飞机结构疲劳强度与断裂分析的现状和未来的发展学院：经济管理学院班级：940802020学号：2009040802050姓名：冉超7飞机结构疲劳强度与断裂分析的现状和未来的发展疲劳强度是指飞机结果在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。实际上，飞机结构并不可能作无限多次交变载荷试验。断裂是指飞机结构被断错或发生裂开.讨论的主要是脆性断裂情况，其断裂面是看得见摸得着的。还有两类断裂的断裂面则是看得见却不一定摸得着的。许多飞机结果，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称循环应

2、力）。在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后会产生裂纹或突然发生完全断裂。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，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变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。疲劳失效是金属材料常见的失效形式,特别是轴类,连杆,轴承类等零件,长期在应力下工作的工件材料都要求较高的疲劳强度,这样的可以提高零件的使用寿命。疲劳强度同时还与硬度、强度、韧性有较大关系，所以他是金属材料的重要力学性能指标7疲劳强

3、度是材料能够承受无数次应力循环时的最大应力。疲劳强度关系到零件的寿命以及零件工作时能够承受的最大应力，这对零件的安全设计有重大意义。例如:在齿轮设计中，当接触疲劳强度不满足要求时，假定不再更换材料的前提下，可以用如下方法进行弥补：1、增加齿轮的齿宽（增加轮齿的接触面积）2、轮齿进行高频淬火（或中频淬火）、渗碳、渗氮（提高轮齿的表面硬度）3、磨齿（降低齿轮运行中因为接触强度不足而致使齿面发生胶合、斑蚀的危险性能）希望以上能对你有所帮助，谢谢航空工业作为技术密集、知识密集的高技术产业，集材料、机械、发动机、空气动力、电子、超密集加工、特种工艺等各种前沿技术之大成。目前，国际航空技术

4、发达国家早已实施损伤容限耐久性规范，并成为国际适航性条例要求。然而，在飞机结构的三维损伤容限耐久性预测设计方面，由于研究队伍严重萎缩，国际上的实质性进展非常缓慢，三维损伤容限耐久性技术的发展停滞不前。与此同时，现代飞机大量使用三维整体结构，已有技术与需求的矛盾更加突出。7这一现状的存在，使得国内外的设计者们在已有技术基础上不得不依靠更加实际、但耗资巨大的全机试验和各级全尺寸部件试验来检验飞机结构的损伤容限和耐久性，虚拟试验的科学基础欠缺。近年随着计算机容量逐渐满足三维断裂分析的需要，国际上三维试验和数值研究骤增，多尺度研究骤增，虚拟试验的概念形成并得以应用。有影响和代表水平的工

5、作主要出自美国NASA以Newman为主的研究组、英国Sheffield大学nCode公司及其研究组、法国宇航院(ONERA)、瑞典航空研究实验室(FOI，德文首字)Blom研究组，荷兰国防动力研究实验室、澳大利亚国防科技组织(DSTO)等[5-8]。但是其损伤容限耐久性技术依据的理论基础仍然是二维疲劳断裂理论，未取得本质上的突破，考虑三维约束的疲劳寿命分析模型也都是建立在大量经验参数基础上的。近年，我国某飞机设计行业以及相关单位已成功实现全数字化设计、制造，如：军用飞机结构抗疲劳断裂与可靠性技术的研究现状与展望军用飞机结构实现长寿命高可靠性,低维修成本的技术途径进行了归纳,成

6、了较完善的控制飞机结构发生灾难性疲劳破坏思想.为军用飞机结构实现长寿命,高可靠性与低维修成本,提供较完整配套抗疲劳断裂与可靠性技术.所谓长寿命,指满足结构重量控制指标前提下,机队飞机结构使用寿命能达到或超过设计目标寿命值.所谓高可靠性,指在给定使用寿命期内飞机结构能满足规定的可靠性指标要求,实质上是不允许飞机结构在给定的使用寿命期内发生灾难性疲劳破坏.所谓低维修成本,即要求飞机结构使用寿命用经济寿命格式描述,在给定的使用寿命期内不致由于疲劳开裂和/或腐蚀导致昂贵修理或引发功能性问题.要求通过我们所提供的技术,使新型战斗机在结构重量系数控制在不超过32前提下,能达到5000飞行小

7、时,7500次飞行(或起落),服役20年的使用寿命.当然这个使用寿命必须收稿日期9000年6月307日是能满足上述高可靠性与低维修成本要求的有效寿命,而且应拥有确保服役中年使用率不低于300飞机小时的能力.2研究现状可以用是否拥有控制灾难性疲劳破坏的能力作为判断有效寿命的主要判据.造成服役中飞机结构发生灾难性疲劳破坏的主要原因是:漏检的初始缺陷或损伤,以及结构细节设计不当和制造中结构细节原始疲劳质量失控等因素,在载荷环境谱作用下引发疲劳开裂所导致.因此,要控制灾难性疲劳破坏发生就必须实现结构