孔边双边凸台结构损伤容限设计及分析

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1、第1卷第4期2010年11月航夺工程进展ADVANCESINAER(】NAUTlCALSCIENCEANDEN(jINEERINGV01．1N0．4Nov．20lO文章编号：1674—8190(2010)04—361—04孑L边双边凸台结构损伤容限设计及分析张炯1，黄其青1，殷之平1，杜玉梅2，闫崇年3，尹建军3，晏明生3(1．西jE工业大学航空学院。西安710072)(2．中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究院．沈阳110035)(3．中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院，西安710089)摘要：本文利用有限元软件建立孔边双边凸台结构的有限元模型，根据静力分析结果确定开裂模式进行以

2、裂纹扩展寿命为目标，凸台高宽比为变量的设计优化计算分析。研究不同凸台体积、不同孔半径下最优高宽比的变化规律。计算结果表明，存在一个最优高宽比使得凸台结构具有良好的损伤容限特性和较轻的质量，该方法具有很强的工程实用性。关键词：孔边凸台；损伤容限；应力强度因子；裂纹扩展寿命；设计优化中图分类号：0346．1文献标识码：AD终i弘andAnalysisBasedonDamageToIemnceforDouble．sideBo豁StructurewithHoleZhangJioll91，HuangQiqin91，YinZIlipill91，DuYumei2，Y钿Chongnjan3，YinJi

3、枷un3，YanMillgsherl93(1．SchoolofAeronautics．NonhwesternPolytechnicalUniversity。Xi’an710072．China)(2．ShenyangAircraftDesign&ResearchInstitute，AviationIndustryCorporationofChina．Shenyang110035，China)(3．ThefirstAircraftInstitute，AviationIndustryCorporationofChina，Xi’an710089，China)Abst陷ct：Finiteelem

4、entsoftwareisemployedtocreatethefiniteelementmodelofthedouble-s试ebossstruc—ture．Thecrackingpattemisdefinedaccordingtothestaticanalysisresult．Thendesignoptimizationiscarriedoutwiththemaximumcrackpropagationlifeastheoptimizingobjectandtheheigh卜widthratioofthebossstructureasdesigningvariable．Finall

5、y，theeffectsoftheholeradiusandthevolumeofthebossonthefracturecharacteristicofthebossstructurearestudied．Theresultsshowthatthereisanoptimizedheight—widthratiowhichallowedthedouble—sidebossstructuretohaveagooddamagetolerancepropertiesandalighterweight，andsotheresultcanbewidelyappliedinengineering．

6、Keywords：bossstructufe；damagetolerance；stressintensityfactor；crackpropagationlife；designoptimizationO引言飞机结构中常常为了满足工艺或维修的需要在板上开孔。由于孔边存在应力集中，在疲劳载荷下容易产生裂纹。降低了结构的可靠性及寿命。如何进行孔边加强提高结构的损伤容限性能是工程设计人员十分关注的问题。目前，国内外对于结构损伤容限设计进行了一些研究。文献[1，2]提出一种基于损伤容限思想的设计方法；文献[3]利用遗收稿日期：2010—08—10；修回日期：2010—09一08通信作者：张炯，z

7、hangjiongl@yahoo．com．cn传算法进行单边凸台的损伤容限优化设计；文献[4—6]研究了压力容器的开孑L补强；文献[7]研究了单双边孔边凸台结构损伤容限设计对比分析。本文主要利用有限元分析软件对孔边双边凸台建模计算，进行以裂纹扩展寿命为目标，凸台高宽比为变量的计算分析，研究不同凸台体积、不同孔半径下最优高宽比的变化。1计算模型本文对无限大板孔边双边凸台含裂纹结构进行分析，结构形式如图1所示。为减小边界对凸台结构断裂特性的影响，本