含裂纹载人密封舱体结构在轨失效分析方法

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1、第２０卷第２期载人航天Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．２２０１４年３月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＭａｒ．２０１４含裂纹载人密封舱体结构在轨失效分析方法游进，侯向阳，赖松柏，周强（中国空间技术研究院载人航天总体部，北京１０００９４）摘要：入轨后的载人密封舱体结构存在一定程度的初始裂纹，微流星与空间碎片的撞击会使密封舱体结构产生新的裂纹损伤，密封舱体为薄壁结构，长期在轨飞行期间，在各种载荷的作用下，裂纹损伤可能导致密封舱体失效。考虑到不同的裂纹损伤来源及其转化，提出了载人密封舱体结构总体失效分析方法。首先提出了载人密封舱体结构在轨期间由裂纹

2、损伤导致失效的两类模式及判定依据，并说明了各裂纹损伤间的转化关系；然后，说明了基于Ｆｏｒｍａｎ模型进行舱体裂纹扩展分析的原理；最后，对某在轨飞行１５年的载人密封舱结构因舱压导致的结构失效进行了分析，确定了舱体结构上的断裂失效危险部位及危险裂纹形式，并得到穿透裂纹的临界长度。关键词：载人密封舱；裂纹损伤；裂纹扩展；失效评估中图分类号：Ｖ４１５．５；Ｖ４２３．７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１４）０２-０１１０-０６FailureAssessmentMethodforHabitableModuleStructureC

3、ontainingCracksＹＯＵＪｉｎ，ＨＯＵＸｉａｎｇｙａｎｇ，ＬＡＩＳｏｎｇｂａｉ，ＺＨＯＵＱｉａｎｇ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｃｒａｃｋｓｉｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｈａｂｉｔａｂｌｅｍｏｄｕｌｅ，ｗｈｉｃｈｏｒｉｇｉｎａｔｅｓｆｒｏｍｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｓｉｎｅｖｉｔａｂｌｅ．Ｔｈｅｉｍｐｉ

4、ｎｇｅｍｅｎｔｏｆｍｉｃｒｏｍｅｔｅｏｒｏｉｄ／ｏｒｂｉｔａｌｄｅｂｒｉｓｏｎｔｈｅｍｏｄｕｌｅｉｎｓｐａｃｅｍａｙｃａｕｓｅｎｅｗｃｒａｃｋｄａｍａｇｅｓｔｏｔｈｅｍａｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｍａｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｈａｂｉｔａ-ｂｌｅｍｏｄｕｌｅｓａｒｅｕｓｕａｌｌｙｍａｄｅｏｆｔｈｉｎ-ｗａｌｌｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｓｏｄｕｅｔｏｔｈｅｌｏａｄｓｉｍｐｏｓｅｄｂｙａｖａｒｉｅｔｙｏｆｆａｃｔｏｒｓ，ｔｈｅｃｒａｃｋｄａｍａｇｅｏｎｔｈｅｍｏｄｕｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｍａｙｌｅａｄｔｏｔｈｅ

5、ｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｍｏｄｕｌｅ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒ-ｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｒｉｇｉｎｓｏｆｃｒａｃｋｄａｍａｇｅａｎｄｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｍｏｎｇｔｈｅｍ，ａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｆａｉｌ-ｕｒｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｈａｂｉｔａｂｌｅｍｏｄｕｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｗｏｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｈａｂｉｔａｂｌｅｍｏｄｕｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｔｈｅｃｒｉｔｅｒｉａｆｏｒｆａｉｌｕｒｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓ

6、ｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｆｏｒｔｈｅｈａｂｉｔａｂｌｅｍｏｄｕｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｗａｓｂａｓｅｄｏｎＦｏｒｍａｎｅｑｕａ-ｔｉｏｎ，ｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｆｏｒａｍｏｄｕｌｅｏｆ１５ｙｅａｒｓ’ｓｅｒｖ-ｉｃｅｌｉｆｅ，ｗｈｅｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆａｉｌｕｒｅｄｕｅｔｏｐｒｅｓｓｕｒｅｌｏａｄｗａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｍｏｄ

7、ｕｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｃｒａｃｋｍｏｄｅｗｅｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｔｈｒｏｕｇｈｃｒａｃｋｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Keywords：ｈａｂｉｔａｂｌｅｍｏｄｕｌｅ；ｃｒａｃｋｄａｍａｇｅ；ｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈ；ｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓ轨飞行期间，密封舱体会受到多种交变载荷作用，１引言导致结构裂纹损伤不断扩展和积累，在轨飞行期［１］空间站的密封舱体采用整体式壁板结构，间，密封舱体结构的表面裂纹可能会贯穿舱壁蒙其制造工艺过程造成结构中存在微

8、裂纹和残余应皮，造成舱体失压。国际空间站的结构件已采取［２，３］［４，５］力等形式的初始缺陷，结构制造完成直至在了断裂控制设计，并采用基于断裂力学原理收稿日期：２０１４-０１-２０；修回日期：２０１４-０３-２６作者简介：游进（１９８１-），男，博