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量实测的载荷历程，经过统计分析和简化得到疲劳载荷谱。虽然对个别飞机的某次
飞行，载荷历程是随机的，带有不确定性。但同类型飞机的载荷历程统计结果就显示
出规律性，因此可以把疲劳载荷谱作为一种规范用于同类型飞机。疲劳载荷谱通常
用表格或曲线说明在给定时间间隔中各种载荷水平及其出现次数。
21应力谱
疲劳载荷谱可以转成应力谱，因为在弹性范围内，载荷与应力成比例关系，只要
乘上一个系数，即可由载荷得出应力；若不成比例，则要考虑塑性影响来获得应力谱。
疲劳应力用 3表示。与疲劳载荷相似，疲劳应力也有五个参数： 3%&，3’(，3，3%和
)。
41 3 5曲线（疲劳寿命曲线）
3—5曲线（疲劳寿命曲线）由试验得到，用来估算安全寿命。 3为循环应力的幅
值 3%，5为断裂时的循环数。由图可见，当 3下降到某一值时，循环数 5似乎无限增
加，此应力水平称为疲劳极限。 3—5曲线是在一定的频率、恒振幅和一定的载荷比
)下试验，测出断裂时的疲劳总循环数得出的。 )* /时的疲劳极限用符 /表示。
铝合金等没有明显的疲劳极限，一般取 5 * /06所对应的 3%作为材料的疲劳极限。几种常用材料的疲劳极限与静强度极限大致有以下关系：普通钢材 3 /（ /）（01 2" 7018）9，高强度铝合金 3 / （012 7014）9，其他铝合金 3 / （014 7018）9（光滑试件）。当材料、热处理、表面处理、应力集中系数、加载方式不同时， 3—5曲线也不同。在初步设计时，可参考类似结构的 3—5曲线适当修正，得到设计所需用的
3—5曲线，或用插值法利用同类 3—5曲线。
"1疲劳寿命估算
由零部件的疲劳载荷谱和 35曲线，就可根据损伤理论估算疲劳寿命。计算时
•/20•
需考虑载荷谱周期（飞行小时）、设计疲劳分散系数、周期数等因素。
，提高结构疲劳强度的准则
结构的安全寿命与结构的设计有很大关系，即与选材、应力水平、结构布置、细节
设计、加工工艺等均有关。为此提出一些可提高结构疲劳强度的设计准则。
（"）合理选材：要合理地、有区别地选择结构各部分的材料，既要满足静强度要
求，又应具有良好的抗疲劳性能。如某些高强度合金钢虽然强度高，但疲劳性能却不
好，缺口敏感程度高，对疲劳强度不利。又如高强度铝锌合金 %比铝铜合金 &"’
静强度高约 ’()左右，但 %的疲劳性能却较差，对毛刺、细小裂纹很敏感，故对受
疲劳载荷大的区域如机翼下壁板、机身气密舱蒙皮不用 %而用 &"’。
（’）控制应力水平：实践证明，在较低的应力作用下，结构不易产生疲劳裂纹，为此应将应力水平控制在一定的范围内。如旅客机气密座舱的环向应力水平应控制在（* +"(）, "(-./的范围比较合适。
（0）减少应力集中，降低局部应力：高局部应力是引起疲劳破坏的重要因素，为此应强调精心设计结构，减少应力集中，降低局部应力，这样可显著地提高疲劳寿命，甚至可上百倍的提高。具体作法有以下几点。
避免构件形状和截面的急剧变化，应尽可能逐渐过渡，或用较大的圆弧光滑连
接。
"结构尽量少开口，开小口，在受拉表面最好不开口。必须开口时，开口形状尽
量选用应力集中系数小的形状，如机身气密舱的窗口选竖椭圆形为好。另外，开口尽
可能安排在低应力区。
在产生应力集中的地方（如铆钉孔、螺栓孔、焊缝等）采用局部补强（如加厚）以减小局部应力。如图 " 12 10中所示的连拉，改进设计局部补强（厚度由 ’3 (44加大到 03 244）后，寿命增加了 "3 0倍。工艺操作时应注意填塞工艺孔，以免形成孔内空隙，成为疲劳源。
图 " 12 105某飞机主翼结构连接处更改
主要构件上应力集中的地方不要再连接次要零件，以免扩大局部应力。此外，施工时避免产生划伤、毛刺、内部微裂纹和各种缺陷。（%）重要接头的细节设计；飞机结构中连接件所占比重很大，而疲劳破坏又经常
•"0"•
发生在连接部位，所以连接件的抗疲劳设计是结构疲劳设计的重要环节。目前在这方面已积累了丰富的经验，在此列举几点。
实践证明，受拉螺栓是经常发生疲劳破坏的部位。因此，连接螺栓最好采用受剪形式，不要受拉。对受载大韵螺栓，可用拉、剪分工的设计方案，即在较细的螺栓上套一个较强的套筒，由套筒受剪而螺栓只受锁紧力。
"接头布置尽量避免偏心。对应的疲劳寿命见表 " "。从表中可知，双剪接头比单剪好，斜面接头比梯形好，其中鱼尾形接头最好。此外，接头的各个连接螺栓上的载荷分配是不均匀的，两端最大，最易形成疲劳源，发生疲劳破坏，设计时要足够重视。
表 " "%几种连接形式的疲劳寿命比较
连接形式 疲劳寿命
载荷 & ’(( ) * ((+ 载荷 & ’(( ) *, ’((+
梯形单剪（-） * (((
梯形双剪（.） / *& (((
斜面单剪（0） ( ((( ’’ (((
鱼尾形双剪（1） 2 3 ((( ((( 2 *, (((
接头处的螺栓受剪连接时，若事先加一定的拧紧力，可保证在外载作用下连接件之间不发生相对滑动，避免压紧表面擦伤加速疲劳破坏。 若连接件是铆钉，可采用干涉配合，也可降低循环载荷的 45-6，提高接头的疲劳强度。 %铆钉连接尽量采用对接，避免搭接，以免引起偏心力矩。若再采用薄刚性垫片（如 & 7 (8’ 55的钛合金垫片），可提高疲劳强度 9/倍。铆钉排列应避免单排和交错拌列，尽可能采用双排或三排整齐排列形式。
（’）对结构进行刚度控制：在某些载荷条件下（如空气动力波动载荷），增大结构刚度对疲劳强度有利。但有时在适当条件下，减小刚度能减小外载，从而可以提高疲劳特性。
（3）改善和控制零件的表面质量，提高零件表面抗疲劳特性：疲劳裂纹常常从表面产生，因而提高零件表面质量、光洁度和消除容易使表面产生疲劳裂纹的因素将大大提高其疲劳性能。如采用零件表面强化工艺：喷丸、碾压、滚压、表面硬化（如渗碳、渗氮、氰化和表面高频淬火等）。此外，构件之间紧贴的表面间避免相互滑移以免擦伤也可提高表面疲劳性能。
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