图 " "%多重元件的构件实例
(&)机翼梁缘条;驾驶舱双重框架;机身与框缘加垫板连接
(’)(()(&))—蒙皮; —铝条带; *—缘条; —钢条带; +—腹板;)—窗框架
(’)
这类结构的破损安全过程可用图 " ",描述:例如有一个由 -个元件组成的结构,当结构工作一段时间(对应 (点)后,一个元件开始断裂破坏,但其他元件还保持完好,可以共同分担那个破坏了的元件的载荷。于是载荷重新分配,剩下元件上的载荷提高,结构剩余强度降低。假如这时遇到额外的载荷使其中又一个元件在较短时间内(./段)破坏,剩余强度就会降到破损安全载荷以下,使残余结构不能承受全部载荷,结构遂之破坏。但如果在 ./段能及时发现和更换破坏了的元件,就可保证结构安全。如果 ./段可以更长一些,对检查发现裂纹将更有利。多路传力结构保证破损安全比较可靠,许多重要结构和构件,如机翼大梁缘条、加强框等往往采用它。但由于工艺复杂、成本高、重量增加等缺点,使这种方法的使用有一定限制,不是所有受力构件都适合采用。
)破损安全止裂结构。这类结构在设计时,采取了各种止裂措施,如筋条、止裂带等。在规定的检修周期内,在使用载荷 0环境谱作用下,当结构的裂纹扩展到使结构完全破坏之前,用止裂措施使不稳定快速扩展的裂纹停止在事先设计的止裂区内,例如停止在止裂带处。因此,它的安全在后续检查之前,由剩余结构的裂纹缓慢扩展来保证,而且在未修使用期内不允许剩余结构强度下降到规定水平以下。
这类结构的止裂设计和布局形式是从狭义上加以安全保证的。有两种主要设计手段:一为结构分块,这样裂纹只能在一个子结构上发展,不会跨越至相邻块上(图 1 *2( ())。止裂缝也可作为结构分块的一种特殊情况(图 1 *2( 3))。其二为加止
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图 " "%多路传力结构破损安全过程示意图裂件(图 & ’(,
())(*))。它的止裂性与止裂件相对于基体结构的刚度有关。 +, "(机翼壁板就是桁条作为蒙皮的止裂件,桁条间的间距为 -..。止裂设计从更广意义上保证,则可通过降低应力水平、合理选择材料等手段得到。
这类结构在使用中应注意裂纹扩展并导致元件连续破坏的情况,即应当计及其他元件破坏对主元件裂纹扩展的加速作用,也就是说,要考虑每一元件破坏在剩余结构中引起的内力再分配。这种设计概念对于较长较大的构件常考虑采用。图 " " 多路传力结构破损安全过程示意图
(’)结构类型的选用原则。在损伤容限结构设计中,结构类型的选择与结构的可检程度、表面结构还是内部结构、结构的可更换性、静定结构还是静不定结构以及应力水平、所用材料有关。通常按如下原则选择结构类型:
/)场站级或基地级不可检结构和使用中不可检结构应设计成缓慢裂纹扩展结构。
)飞行明显可检结构、地面明显可检结构、目视可检结构、特殊目视可检结构和翻修级或基地级可检结构原则上设计成破损安全止裂结构或破损安全多传力途径结构。
’)表面结构一般为可检结构,可考虑设计成破损安全结构。内部结构当为不可检结构时,应设计成缓慢裂纹扩展结构。 )易更换的结构容易实现破损安全设计;不易更换的结构以采取缓慢裂纹扩展结构为宜。 -)静定结构是单传力途径结构,例如起落架支柱等不能实现多传力途径,它是单传力途径结构;又如大展弦比直机翼双梁式结构(其根部接头为一固接和一铰接时)
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属于静定结构。这些布局和传力形式的结构必须设计成缓慢裂纹扩展结构。静不定结构增加了结构的安全度,是实现多传力途径的基础,应当尽可能设计成破损安全多传力途径或破损安全止裂结构。
)当选用的设计类型为缓慢裂纹扩展结构时,应该特别注意应力水平和材料因素的控制。 ")当破损安全的要求有一部分不能满足,或者进行缓慢裂纹扩展分析不复杂时,可以把多传力途径的结构看做是缓慢裂纹扩展结构。
)对于一些特殊的结构件,例如,气密座舱、整体油箱,其设计类型的选择应做特殊考虑。这类构件不允许采用破损安全设计类型,而应采用缓慢裂纹扩展设计并有适当止裂措施。
一个结构或构件应选择何种结构类型,还必须视情况具体分析。单块式翼盒结构,上、下翼面是整块蒙皮和长桁组成的壁板,每根长桁假设和一个接头相连接。此结构有两种设计方法:一种情况可把它看成是破损安全多路传力结构;另一种情况,假如蒙皮是主要承拉构件,相当大的设计应力造成相对短的临界裂纹长度,那么实际上对破损安全的要求不能很好满足,那么这类蒙皮一长桁结构,只能看做是缓慢裂纹扩展结构。
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