带止裂筋整体翼梁结构的破损安全分析与试验

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1、第5卷第1期航空工程进展Vo!．5No．12014年2月ADVANCESINAER()NAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGFeb．2014文章编号：1674—8190(2014)01053—06带止裂筋整体翼梁结构的破损安全分析与试验张博平1，郭小华1，史仁义2，崔卫军2(1．西北工业大学航空学院，西安710072)(2．中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，上海201210)摘要：为了研究带止裂筋整体翼梁结构的裂纹扩展特性，采用ANSYS有限元软件对裂纹尖端应力强度因子进行数值计算，对缩比试验件进行疲劳裂纹扩展试验，当裂纹扩展到止裂筋前时进行剩余强度试验。结果

2、表明：在梁缘条和蒙皮断裂情况下，止裂筋能够降低梁腹板上的应力强度因子幅值，对裂纹扩展起到拟制作用，其能够承担较大的静载荷从而实现破损安全设计，但是用止裂筋阻止疲劳裂纹扩展的效果并不显著；与梁弯曲产生的正应力相比，腹板上的剪应力不足以驱动Ⅱ型裂纹扩展。关键词：整体翼梁；止裂筋；破损安全；裂纹扩展试验中图分类号：V215．6；V214．5；TBl21文献标识码：AFail—safeAnalysisandTestforIntegralWingStructurewithStopping—crackStringerZhangBopin91，GuoXiaohual，ShiRenyi2，CuiWeiju

3、n2(1．SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)(2．ShanghaiAircraftDesignandResearchInstitute，CommercialAircraftCorporationofChina，IAd．．Shanghai201210，China)Abstract：Thestressintensityfactorsoftheintegralwingbeamstructurewithstopping—crackstringerarere—searchedbyusin

4、gFEMsoftwareANSYS，andthecrackpropagatingtestsareachievedusingsimulatespecimen．ResuhsindicatethatthevalueofthestressintensityfactorsiSofasharpdeclinebecausethenormalstressinthebeamissharedbythestringer，andithastheabilitytosharehighstaticloadSOastoachievefail—safedesignbeforethecrackextendtOthestrin

5、ger．neverthelessitishardtOstopthecrackpropagationbystringer．Beside，theshearstressinbeamwebcannotservestOpropagatemode1IcracksincetheratiooftheshearstresstOthenormalstressiSsmall．Keywords：integralwingbeam；stopping—crackstringer；fail—safe；crackpropagatingtests0引言在现代飞机结构设计中，为了保证结构安全，很多主要部件采用损伤容限设计概念，

6、其中破损安全设计是一个重要途径。传统的机翼主梁是由多个元件通过螺栓连接组装起来的一个组合结构，为了防止下翼面梁缘条裂纹向梁腹板扩展而引发失收稿日期：2012—12—17；修回日期：2013—0129通信作者：张博平，zhangbp@nwpu．edu．cn稳性断裂破坏，设计师在距梁下缘条1／3处附近采用螺栓连接方法增加了截面为“L”形的止裂器，其实质是在梁腹板上添加了一个小缘条，当梁下缘条出现裂纹并向腹板扩展时起到止裂作用，同时能够提供足够的强度以保证下次检查前的结构安全。这种组合形式翼梁结构简单、制造成本低，但是，由于包含了很多紧固件和紧固孔，增加了结构重量，也人为地制造了大量应力集中问题

7、，使结构的承载能力降低。随着制造加工技术的发展，现代飞机机翼主梁航空工程进展第5卷多采用整体翼梁结构设计技术，使止裂器、梁缘条、腹板和隔框等成为一体，形成整体翼梁，如图1所示。这样，既能减轻结构重量，又能消除紧固孔形成的疲劳源，提高翼梁的承载能力和疲劳寿命。匦疆至翟图l带止裂筋的整体翼梁结构Fig．1Integralwingbeamstructurewithstringer目前对飞机整体加筋结构裂纹问题的研究主要集中于壁