飞机结构疲劳强度分析

正脉CAE 2017年9月19日浏览：1582

1、飞机结构静强度与结构可靠性计算: 结构静强度计算方法有多种，但结构静强度计算仍是结构设计的基础，主要体现在下列三个阶段。
1）飞机总体设计中的结构布局和结构形式的确定
2）对结构连接部位、开口区、复合材料铺层等细节进行设计计算
3）结构静强度校核阶段

2、机翼和机身的强度估算：一般采用有限元方法，但在结构初步设计和结构强度分析时，常采用薄壁结构力学方法。

3、结构可靠性概念：可靠性是指结构在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。结构可靠性定义的要素是三个“规定”(“规定条件”、“规定时间”、“规定功能”）
结构在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率称为可靠度。
结构在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的概率称为不可靠度或失效概率。
作为飞机结构的可靠性问题，从定义上可以理解为：“结构在规定的使用载荷/环境工作下及规定的时间内，为防止各种失效或有碍正常工作功能的损伤，应保持其必要的强刚度、抗疲劳断裂以及耐久性能力。”可靠度则应是这用能力的概率度量。

4、1）结构静强度可靠性是指结构元件或结构系统的强度大于工作应力的概率；
2）结构安全寿命可靠性是指结构的裂纹形成寿命小于使用寿命的概率；
3）结构损伤容限可靠性则一方面指结构剩余强度大于工作应力的概率，另一方面指结构在规定的未修使用期内，裂纹扩展小于裂纹容限的概率。
4）其它可靠度度量方法：
结构的失效概率F(t)，指结构在t时刻之前破坏的概率；
失效率λ(t)，指在t时刻以前未发生破坏的条件下，在t时刻的条件破坏概率密度；
平均无故障时间MTTF(Mean Time ToFailure)，指从开始使用到发生故障的工作时间的期望值。

5、飞机结构承受的疲劳载荷：
1）机动载荷：它是由于飞机在机动飞行中，过载的大小和方向不断改变而使飞机承受的气动交变载荷。机动载荷用飞机过载的大小和次数来表示。
2）突风载荷：它是由于飞机在不稳定气流中飞行时，受到不同方向和不同强度的突风作用而使飞机承受的气动交变载荷。
3）地－空－地循环载荷：飞机在地面停放或在地面滑行时，机翼在本身重量和设备重量作用下，承受向下的弯矩，但飞机离地起飞后，机翼在升力作用下，承受向上的弯矩。这种起落一次交变一次的载荷，称为地－空－地循环载荷。这是一种时间长、幅值大的载荷。
4）着陆撞击载荷：它是由于飞机着陆接地后，起落架的弹性引起飞机颠簸加到飞机上的重复载荷。
5）地面滑行载荷：它是由于飞机在地面滑行时因跑道不平引起颠簸，或由于刹车、转弯、牵引等地面操纵而加到飞机上的重复载荷。
6）座舱增压载荷：这是由于座舱增压和卸压，而加给座舱周围构件的重复载荷。
在以上几种疲劳载荷中，对歼击机影响最大的是机动载荷、着陆撞击载荷和地面滑行载荷。

6、根据部队和工厂维修实践，影响飞机结构疲劳强度的因素主要有以下四个方面：
1）应力集中的影响：大量破坏事例证明：应力集中是影响飞机结构疲劳强度的主要因素，疲劳源总是出现在应力集中的部位。如开孔、开槽、倒角、螺纹等处容易出现疲劳裂纹。
2）表面加工质量的影响：大量的破坏事例也证明：表面加工质量不高，也是影响飞机结构疲劳强度的重要因素。
3）装配效应的影响：使用经验和疲劳试验表明，各种装配效应对结构的疲劳强度影响很大。
4）使用环境的影响
1腐蚀疲劳：金属受到腐蚀，将产生“腐蚀疲劳”，使疲劳强度降低，因为腐蚀使金属表面产生无数的小应力集中点，促使疲劳裂纹的形成。　
2擦伤疲劳：当两个相互接触的固体表面具有微小的相对运动时，表面会受到损伤，这就会引起“擦伤疲劳”（或称“擦伤腐蚀”）。　　
3高温疲劳和低温疲劳：温度对结构的疲劳强度也有影响。　　
4热疲劳：构件在交变的热应力作用下引起的破坏称为“热疲劳”。这种热应力主要来自两方面，①由温度分布不均所引起的；②限制金属自由膨胀或收缩所引起的。热疲劳破坏常常表现为金属表面细微裂纹网络的形成，叫做“龟裂”。
5声疲劳：在声环境下工作的构件，因为受到噪音的激励而产生振动，由这种强迫振动引起的破坏，称为“声疲劳”或“噪音疲劳”。

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