MSD结构的耐久性∕损伤容限综合分析方法

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1、第5卷第2期2014年5月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．5No．2Mav2014文章编号：1674—8190(2014)02—159—06MSD结构的耐久性／损伤容限综合分析方法杜永恩，王生楠(西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：为了同时满足飞机结构寿命和安全性的要求，提出一种耐久性／损伤容限综合分析方法，用以同时对多部位损伤(MSD)结构进行耐久性和损伤容限分析。耐久性分析时采用概率断裂力学方法结合串联可靠性模型，给出给定可靠度要求下的经济维修寿命估计；损伤容限分析中通过抽样模拟结果拟合参数得到剩余寿

2、命的概率分布函数，进而通过寿命干涉模型得到不同裂纹扩展寿命下的结构可靠度。结合工程实例并与现有方法进行对比分析，结果表明：该方法是合理的、有效的；实现了寿命分析和可靠度分析的有机结合，可用于对飞机MSD结构的综合设计和分析。关键词：MSD；耐久性；损伤容限；概率方法；综合分析方法中图分类号：V215；V214．5文献标识码：AComprehensiveAnalysisMethodonStructuralDurabilityandDamageToleranceforMultipleSiteDamage。susceptibleStructuresDuYongen，WangShengnan(S

3、choolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Acomprehensiveprobabilisticanalysismethodonstructuraldurabilityanddamagetoleranceispresen—tedforMultipleSiteDamage-prone(MSD)structuretoanalyzetheflightstructureservicelifeandreliabilityinthesametime．Theprobabilisti

4、cfracturemechanicsmethodandaseriesreliabilitymodelareusedtogetthee—conomicservicelifeundergivenreliabilityrequirement．Monte-Carlosimulationsareconductedinconjunctionwithathree-parameterlognormalprobabilitydistributionfortheresiduallife．Thereliabilityofthestructureun—derdifferentcrackpropagationli

5、feisobtainedthroughlifeinterferencemodel．Thismethodimplementsthecombinationoflifeandreliabilityanalysis．ItispropitioustoanalysisandoptimizingthedesignofMSD-suscep—tiblestructures．Throughacomparisonoftheresultswiththoseyieldedbyothermethod，itisconcludedthattheproposedmethodiSreasonableandefficient

6、．Keywords：MSD；durability；damagetolerance；probabilisticmethod；comprehensiveanalysismethod0引言广布疲劳损伤是影响老龄飞机结构完整性的重要因素‘1。2

7、。在同一元件上同时存在多条疲劳裂纹的情况称为多部位损伤(MultipleSiteDamage，简称MSD)，是导致广布疲劳损伤的重要源之一。大量实验表明：与单裂纹结构相比，多裂纹结构其收稿日期：2013—09—11；修回日期：2013—10—24通信作者：王生楠，wangshna@nwpu．edu．e12．裂纹间的相互影响会造成裂纹的扩展速率显著提高，而

8、且会导致剩余强度和临界裂纹尺寸的大幅降低[3。8]，从而降低结构的损伤容限能力和使用寿命。对MSD的分析过程通常包括初始裂纹的确定、裂纹扩展分析和剩余强度计算。由于受材料参数、裂纹尺寸、方向、载荷等因素的影响，多裂纹结构的失效断裂表现出较大的分散性[9]，使用概率方法分析其寿命及可靠性十分必要。通常对MSD结构进行寿命分析是通过裂纹萌生的SN曲线分别确定各部位的裂纹萌生寿命，然后通过裂纹扩展分析得到结构的全寿160航空工程进展第5卷