机群结构耐久性分析的裂纹萌生方法

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1、2016年5月北京航空航天大学学报M。v2016第42卷第5期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．5http：／／bhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0368机群结构耐久性分析的裂纹萌生方法贺小帆1’+，隋芳媛2，王天帅1，李玉海1'3(1．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083；2．北京航空航天大学自动化科学与电气二r程学院，北京100083：3．中国航空工业集团公司，北京

2、100022)摘要：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7804T74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

3、荷谱分散的CIA。关键词：耐久性；载荷谱；机群；飞机结构；分散中图分类号：V215．5文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)05-0865-06耐久性评估和试验评估机群的可靠性寿命，是飞机结构设计定型阶段的重要任务¨。1。在结构耐久性分析的各种方法中，裂纹萌生方法(CrackInitiationApproach，CIA)”1可用于结构的初步和详细耐久性分析，在工程实际中得到了应用”】。该方法考虑了结构特性的分散和不同应力区应力水平的差异，针对的是载荷谱给定的情况。受飞机结构特性分散和载荷谱分散的影响，飞机的结构寿命具有明显的分散性∞11。为了对机群结构进行

4、耐久性分析，文献[4]将机群全部飞机的细节作为研究对象，但这种做法未考虑载荷谱的分散。另一种做法是放大结构细节的对数寿命标准差HJ，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。为了采用CIA进行机群结构的耐久性分析，首先应明确机群载荷谱的分散性。文献[8-10]对外场飞机进行了大量的载荷实测和统计分析，文献[11]对202架F．15飞机的载荷谱数据进行分析，得出了疲劳载荷谱的损伤可使用对数正态分布描述的结论，文献[12]指出中国某型飞机机群载荷谱损伤也服从对数正态分布，文献[13]进行了典型结构模拟试件在若干单机谱下的疲劳对比试验

5、，进一步验证了机群载荷谱损伤可以用对数正态分布描述的结论。在阐明了载荷谱损伤分散后，文献[14]引入取值为1．5的额外分散系数以考虑机群载荷谱的分散，文献[15]在载荷谱损伤和结构特性均服从对数正态分布的基础上，推导得到机群寿命也服从对数正态，并得到机群寿命方差为载荷谱和结构损伤方差之和的结论，建立了机群安全寿命评估方法。在明确载荷谱的分散后，需要综合考虑结构特性分散和载荷谱分散建立CIA。为此，本文在已有CIA进行的基础上，针对在考虑机群载荷谱分散时收稿日期：2015-06-04；录用日期：2015-07-03；网络出版时间：2016-01-0510：30网络出版地址：

6、WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160105．1030．001．html}通讯作者：Tel．：010—82315738E-mail：xllle@buaa．edu．cn引用格式：贺小帆，隋芳媛，王天帅，等．机群结构耐久性分析的裂纹萌生方法fJJ．北京航空航天大学学报，2016，42p)：865—870．HEXF，SUIFY，WANGTS，eta1．Crackinitiationapproachfordurabilityanalysisonaircraftstructuresofafleetlj]．JournalofBeltingUn

7、iversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(5)：865—870(inChinese)．866北京航空航天大学学报2016年应关注的问题，进行了某型飞机某关键结构7804。+(1一R)口，墨，¨T74铝合金细节在3个反应不同严重程度单机载’盯，(1一R4)+．s，(尺+一R，)荷谱下的耐久性试验，对试验结果进行分析，提出(N，)，由P-S-N曲线确定了综合考虑载荷谱分散和结构特性分散的CIA，用(N，)i：[A／(．si+．c；1—1)]吉(5)于结构耐久性分析，并给出一个示例。1