第二篇/现代飞机结构综合设计
位。()材料的理化、机械、工艺等特性。如采用对疲劳和缺口比较敏感的材料制成的结构件。(")零构件所处的环境条件。如振动、腐蚀、高温、高压等,其中对经常承受高温和腐蚀介质的部位应重点考虑为危险部位。
()可检查度及维护、更换的可能性。对不可检结构应考虑选为危险部位。
()强度计算、试验中发现的薄弱环节,试飞中发生过故障,以及根据以往经验可判断为易出故障的结构部位,均应选为危险部位。(%)对施工困难,工艺质量、表面质量不易保证,费用大、生产周期长的部位也应作为着重考虑的部
&’初始裂纹长度 ()的确定
假定装配后飞机结构所存在的缺陷尺寸刚刚小于无损检验的最大不可检尺寸,我们把存在的这种缺陷尺寸规定为初始缺陷尺寸或称初始裂纹长度 ()。初始裂纹尺寸的长短对计算剩余寿命影响很大,这是因为在短裂纹阶段裂纹扩展较慢,较小的初始裂纹尺寸差别将引起裂纹扩展寿命的较大变化。因此,对飞行安全结构进行损伤容限评估时,合理地确定初始裂纹长度是一件十分重要的工作。
为了确保飞行安全,在规范中规定“应假设组成主要结构的每一元件均存在有未被发现的初始缺陷或损伤”。这种初始缺陷有两种不同类型的裂纹尺寸,一种是用各种无损检测(包括目视检查)能力确定的最小可检裂纹尺寸;另一种是用显微断口反推技术等方法确定的当量裂纹尺寸()’ *&"++孔边角裂纹)。前者主要用作计算未修使用期和进行裂纹扩展寿命分析的起点,以实现损伤容限设计的一个主要方面—
—检查保障安全;后者可作为对紧固件分析的基础,并构成连续损伤、剩余结构损伤假设组成的部分,其用意代表材料、加工工艺实际可能产生的最差质量。
用无损检测决定的裂纹尺寸与结构类型和可检查度有关。无论对材料还是对结构件,只有对裂纹检出概率和相应的置信水平有明确定义,最大不可检裂纹尺寸才有确定意义。规范中要求对缓慢裂纹扩展和破损安全(主结构)类型,检出概率和置信水平分别为 ,)-和 ,"-。选择 ,)-和 ,"-是因为它是航空结构金属材料和元件质量检查的基础,也是较经济的。
对于损伤容限所允许的最大初始裂纹长度则可依据两倍使用寿命期内不应扩展到裂纹容限的要求,反推出允许的最大初始裂纹长度。但它应不小于损伤容限要求规定的初始裂纹尺寸,或按 ,)-检出概率和 ,"-置信度要求由无损探伤测试确定的初始裂纹尺寸。
.’应力谱的制定
在飞行安全结构的裂纹扩展分析中,直接使用的是飞一续一飞随机应力谱。只
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有采用这种随机应力谱才能较好地刻画结构件各危险部位裂纹扩展的真实过程(裂纹扩展过程中的高载迟滞以及小载加速作用较疲劳微裂纹形成过程的同样作用要明显得多)。
"剩余强度和裂纹扩展限制的确定
剩余强度定义为:带有损伤的结构在连续使用期内任一时刻的有效强度值,或简单地说,受损结构的承载能力就是该结构的剩余强度,也就是受损结构在检测周期内所能承受的不危及飞行安全或降低飞行性能的载荷。所谓危及飞行安全或降低飞行性能是指结构丧失强度、丧失刚度、过度永久变形、丧失控制以及颤振速度降到临界以下等。结构剩余强度通常随着损伤尺寸的增加而下降。当裂纹扩展到临界尺寸时,对应的载荷就是临界载荷,实际上即是最小剩余强度,若该值小于损伤容限载荷,结构就会发生断裂。
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