最新8_损伤容限设计方法.教学讲义ppt.ppt

《最新8_损伤容限设计方法.教学讲义ppt.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、8_损伤容限设计方法.1背景从60年代末期起的几年当中。原按疲劳安全寿命设计的多种美国空军飞机出现了某些断裂事故，因此，按安全寿命设计并不能确保飞机的安全，因为它没有考虑到实际结构在使用之前，由于材料、生产制造和装配过程中已存在不可避免的漏检的初始缺陷和损伤；加之当时使用的高强度或超高强度合金的断裂韧性降低等原因，这些缺陷、损伤于使用过程中在重复载荷作用下将不断扩展，直至扩展失控造成结构破坏和灾难性事故。因此美国于1974-1975年颁布了第一部损伤容限设计规范2损伤容限设计思想2.1基本概念损伤容限是指结构在规定的未修使用周期

2、内，抵抗由缺陷、裂纹或其他损伤而导致破坏的能力。简单地说，就是指飞机结构中初始缺陷及其在使用中缺陷发展的允许程度。因此，损伤容限设计概念是承认结构在使用前就带有初始缺陷，但必须通过设计的方法把这些缺陷或损伤在规定的维修使用期内的增长控制在一定的范围内，在此期间，结构应满足规定的剩余强度要求(含缺陷或含裂纹结构的承载能力)，以保证飞机结构的安全性和可靠性。因此，损伤容限设计思想研究的对象是那些影响飞行安全的结构部件在使用寿命期内的安全裕度问题。2.2损伤容限设计与安全寿命设计方法的区别总结安全寿命设计思想可以看出，安全寿命设计概念

3、在于认为飞机在使用前结构是完好无损的，在使用寿命期内也不应出现可检裂纹。一旦在疲劳关键部位出现宏观可检裂纹就认为结构已经破坏。这就是说安全寿命设计只考虑裂纹形成寿命，不考虑裂纹扩展寿命，并规定安全寿命的给出必须通过全尺寸疲劳试验进行验证，对疲劳破坏固有的分散性及一些不确定的因素用分散系数来考虑。安全寿命设计的目标是通过对疲劳关键部位进行合理的选材，开展抗疲劳结构细节设计，适当控制应力水平，改善结构细节的抗疲劳品质，注意降低几何、材料和载荷不连续造成的应力集中，以及在生产过程中贯彻良好的质量控制，使飞机结构在谱载荷作用下，保证飞机

4、在安全使用寿命期内疲劳破坏概率最小。通过设计、分析和试验所给出的安全寿命应满足订货方提出的设计使用寿命要求。对比前面所讲的损伤容限设计思想。我们可知这两种不同的设计原理在对结构初始缺陷状态的认识出发点上就存在着差异，这样，在结构设计方法、分析评估体系以及试验验证的关心焦点等诸方面也就存在着差异。因此，安全寿命设计与损伤容限设计在概念内容、方法等方面有着实质的不同。但应当说是在不同意义上解决结构的使用寿命设计及飞机安全问题，总的目标是一致的，而且在结构件抗疲劳细节设计的原理上仍有许多共同之处。损伤尺寸与载荷循环数的关系2.3损伤容

5、限设计与断裂力学的关系结构中存在的缺陷、损伤或裂纹实际上都是指结构内部的受损状态，只不过是这些术语所描述的受损几何形态不同而已。损伤容限设计方法中对这些受损的几何形态都等效成简单几何形态的裂纹来处理，这是因为断裂力学在含裂体方面的众多研究成果为损伤容限的设计分析方法提供了强有力的理论基础。损伤容限设计关心的问题包括：（1）剩余强度与裂纹尺寸的关系如何?（2）在预期的工作载荷下，能够容许多大的裂纹?即临界裂纹尺寸是多少?（3）裂纹从一定长度的初始尺寸，扩展到临界尺寸需要多长时间？（4）在结构工作寿命开始时，允许存在多大的初始缺陷?

6、（5）每隔多长时间，应该对结构进行一次裂纹检查(即裂纹检查周期的确定)?可以说，损伤容限设计的分析评估体系完全有赖于断裂力学的研究与发展。3飞机损伤容限设计的内容和方法3.1损伤容限设计的要点损伤容限设计时应注意以下几点：1．尽量将结构设计成破损安全结构，例如采用多传力途径的结构布局，静不定结构型式及组合承力结构等，并且使结构具有缓慢裂纹扩展特性。2．保证结构破损安全的关键是定期地对结构进行检查或考验性试验。因此对于易产生裂纹的重要构件，要尽量设计成可检结构。有开敞的检查道路，以便日常维护检查、修理和更换。3．正确合理的确定检查

7、周期是保证结构破损安全的关键。要确定检查周期必须确定最小可检裂纹尺寸和破损安全载荷下临界裂纹尺寸。这就要求比较准确地计算对应于每一个裂纹的剩余强度和裂纹扩展速率。从而使裂纹扩展寿命计算更符合实际情况。4．采用断裂韧度高、抗裂纹扩展性能好的材料，以保证结构具有较高的剩余强度和缓慢裂纹扩展特性,如下图所示。当材料的断裂韧度提高，而使临界裂纹尺寸由提高ac到2ac，能用于检查的总间隔由BC增加到BD。同样缓慢裂纹扩展速率降低，不但可增加不可检查裂纹以前裂纹扩展寿命，并且用于检查周期的裂纹扩展寿命增加(如下图)。由于断裂韧度提高使检查间

8、隔增加由于裂纹扩展速率降低使检查间隔增加5．最小可检裂纹尺寸的确定取决于所选用的检测手段和监测人员技术水平。提高检测灵敏度对提高结构的安全性起非常重要的作用。从增加检查周期上看，它甚至比提高材料的断裂韧度更明显。由于小裂纹阶段裂纹扩展率很低，当最小可检裂纹尺寸由