最新典型结构的损伤容限设计方法课件课件PPT.ppt

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1、典型结构的损伤容限设计方法课件本讲内容321加劲板结构的断裂分析焊接结构中的断裂问题壳体结构断裂特性分析4提高结构损伤容限特性的措施加劲板结构的断裂分析加劲板剩余强度和裂纹扩展规律研究在飞机损伤容限设计中具有重要意义。对于加劲板的断裂特性研究必须回答以下问题：加劲板与非加劲板断裂特性的差异？加劲板的剩余强度如何变化？加劲板中裂纹扩展如何计算？加劲板的断裂特性无裂纹时面板与桁条应变相同，铆钉不受力面板中出现裂纹后产生两个效果降低了面板中裂纹尖端的应力强度因子增加了桁条内的载荷含裂纹加劲板的断裂特性用应力强度因子降低系数C和桁条载荷集中系数L表示。C和L

2、与a/s,桁条面积、材料和形状、铆钉间距和材料等因素有关。加劲板C和L随裂纹长度的变化关系强桁条从开裂蒙皮上传递的载荷较多，裂纹尖端的应力强度因子较小，故C较小，而其从蒙皮取得的载荷相对自身已经承担的载荷来说相对较小，故其L也较小。桁条远离裂纹尖端时K下降不明显，当裂尖靠近桁条时K下降较多，裂纹通过桁条时下降最多。刚度比越大则C越小。桁条对应力强度因子下降越明显C随a/s和μ的变化关系L随裂纹长度的增加而增加，裂纹较长时L达到极值；L的极值与μ有关，μ较小时承载最大的桁条的应力比远处桁条的应力要大得多。L随a/s和μ的变化关系越靠近裂纹的铆钉受的力越大，当

3、裂纹很短时，铆钉力很小；裂纹长度不超过一个桁条间距时，桁条的刚度越大铆钉力也越大。铆钉力(最靠近裂纹)随a/s和μ的变化关系加劲板的剩余强度曲线加劲板的剩余强度与面板和桁条的刚度比有关。弱桁条加劲板中，要以相当大的桁条应力集中才能换取不大的应力强度因子减小。因此，总是桁条首先失效，然后造成整个壁板断裂。强桁条加劲板中，裂纹尖端应力强度因子降低很多的情况下桁条的应力集中仍然很小。因此，加劲板的破坏是主要由于平板的快速断裂造成。弱桁条加劲板的剩余强度小尺寸裂纹：裂纹扩展沿ABCD，桁条未能阻止裂纹扩展中尺寸裂纹：裂纹扩展沿KLMNH，桁条在N点起到止裂作用长尺

4、寸裂纹：裂纹扩展沿EFGH，桁条止裂作用明显，扩展稳定强桁条加劲板的剩余强度裂纹长为2a时，裂纹沿ABCDE扩展，E点所对应的载荷即为小于桁条间距的裂纹所对应的剩余强度的下限值。考虑连接件破坏时载荷通过连接件从板传递到桁条，在裂纹两侧的连接件载荷较高，容易产生破坏。连接件破坏会降低桁条的有效性。构件沿EFGKK’H’破坏，连接件首先破坏，然后桁条破坏。C和L的计算方法作为弹性力学平面问题求解，解出裂纹尖端应力场集中系数法，将加劲板简化为板和杆组成的网络将铆钉力作为未知数的方法，工程中经常采用应用平衡条件以及桁条和面板在铆钉处位移相等求得加劲板的止裂方法止裂

5、有两个重要内容：对疲劳裂纹的限制限制裂纹失稳快速扩展止裂的三种途径：减小裂纹尖端的应力强度因子，如加止裂带减小应力集中系数，如加止裂孔；引进残余压应力，如采用预挤压、喷丸强化等本讲内容321加劲板结构的断裂分析焊接结构中的断裂问题壳体结构断裂特性分析4提高结构损伤容限特性的措施壳体结构断裂特性分析飞机的机身、火箭的外壳、核反应堆的储箱、船舶和压力容器等都是由曲板和壳体结构组成的。这些大型结构的断裂分析和控制具有重要意义。两类典型结构加劲薄壳结构压力容器加劲薄壳结构断裂分析加劲薄壳结构分析的关键是其应力强度因子的计算，在同样材料平板应力强度因子的基础上，考虑

6、到各种影响因素的修正得到。并且在线弹性范围内，这些影响可以分开来处理。曲率的影响对于曲率不大的扁球薄壳压力容器，采用修正系数MF考虑曲率的影响裂纹边缘失稳或内压鼓出的影响鼓出是由于裂纹边缘的拉伸应力的消失造成的。由于鼓出引起的裂纹尖端的局部弯曲而增大应力强度因子。裂纹的边缘失稳或内压鼓出将使临界断裂应力降低20%~30%。平行于裂纹的轴向应力的影响无加强桁条时，轴向应力使得内压造成的边缘失稳或内压鼓出减轻，从而使应力强度因子降低。有加强桁条时，桁条阻止平板材料在垂直裂纹方向的收缩，桁条承受压缩应力，板在铆钉处收到拉伸载荷，增加了应力强度因子。横向加强件的约

7、束作用横向加强件使加劲板附近的面板处于双向受拉状态，使得裂纹边缘失稳或内压鼓出减轻，从而使应力强度因子降低。压力容器的设计准则含裂纹压力容器有两种失效模式：脆断—穿透前到达临界尺寸—断裂韧性控制断裂前渗漏—穿透前未到临界尺寸—强度控制为了减小压力容器危害性，在高压状态下工作的容器一般根据“断裂前渗漏”准则设计。Irwin的“破裂前渗漏”准则设计应力水平下的临界裂纹尺寸大于容器的壁厚，即表面裂纹穿透壁厚而等于两倍壁厚的穿透裂纹时，此时临界载荷恰好等于设计的名义应力，则裂纹仍是稳定的。应用此准则结合强度准则确定壁厚及选择合适材料，以满足屈服强度和断裂韧度的

8、要求。本讲内容321加劲板结构的断裂分析焊接结构中的断裂问题壳体结