•零件更换频繁。这些问题使得保持可维护性及支持能力的费用增加,主要是经济性问题,而不是安全问题,列入耐久性验证计划中予以考虑。()试验件状态
复合材料结构件 "全尺寸部件耐久性验证试验的试验件与用于静强度验证试验的试验件一样,在结构上应代表实际使用的结构构形。同时,为了保证飞机结构的耐久性,在试验之前要在试验件上按规定预制缺陷 "损伤,可见损伤。如果蒙皮比较厚,已有的试验证实低能量的冲击不会引起损伤,也可不预制损伤。
对军机,除了特殊情况外,一般都通过结构件来验证其耐久性和损伤容限。()环境影响处理与静强度验证相同,同样采用环境箱模拟或环境因子法(不同应力水平,所用环境因子数值不同)。()部件试验技术
三、结构件 "部件损伤容限验证试验
(%)试验目的损伤容限验证试验一般包括损伤扩展试验和剩余强度试验两部分。因此,复合
材料结构损伤容限验证试验目的: 验证结构损伤(初始损伤)的扩展特性; "验证结构剩余强度大于设计剩余强度要求; 证实损伤无扩展的设计概念。验证要求是要保证在 &倍寿命期内损伤无明显
扩展,特别是预制的冲击损伤无明显扩展,以保证在整个使用期内,不必进行除目视检查以外的特殊无损检测。
(&)试验特点复合材料结构损伤容限验证试验已有经验得出以下特点: 含冲击损伤典型加筋板(加筋条板或 加筋条板)损伤容限特性验证,证实:
•
冲击损伤是最严重的缺陷 "损伤类型;
•
冲击损伤面积及剩余强度与结构形式密切相关;
•
结构形式对含冲击损伤结构的破坏模式有重要影响;
•
含冲击损伤结构对疲劳载荷不敏感。
"与金属结构验证试验的情况相同,复合材料结构损伤容限验证试验与耐久性验证试验通常也在同一试验件上完成。飞机主承力部件通常是复合材料 "金属混合结构,其复合材料结构的损伤容限验证试验一般在全尺寸结构件上进行。
只要设计合理,一般积木式验证试验中,高层次试验件的验证结果总是偏于安 •%•
全的(这项研究的成果已被欧美各国工业界广泛应用,并构成了制定军机规范有关内
容和民航适航当局审定的基础)。
()试验件状态
损伤容限验证试验件使用耐久性验证试验后的试验件。
当进行剩余强度验证时,需引入雷击损伤等严重损伤。对军机复合材料结构,必
要时还要引入弹击损伤。
(")环境影响考虑(同静强度验证)
()部件试验技术
四、用一个试验件完成部件全部验证试验的可行性
通常全尺寸部件验证试验需要两个试验件来完成:一件用于静强度验证;另一件
用于耐久性和损伤容限验证。考虑到复合材料部件制造成本昂贵,往往希望在一个
全尺寸部件(或结构件)上完成静强度、耐久性和损伤容限验证。现有经验表明,在下
述情况下才有可能实现这种试验方案:
全复合材料结构这是因为所有复合材料构件均采用损伤无扩展概念设计,其
剩余强度不会因疲劳加载而降低,从而有可能用一个试验件来完成所有的验证项目。
"按刚度设计的部件这种结构部件虽然是复合材料壁板和金属骨架组成的混合
结构,但其金属骨架往往有较大的强度裕度,即使采用包括了载荷放大系数的载荷
谱,在使用寿命期间一般也不会出现可导致结构静强度严重下降的疲劳裂纹。
金属骨架已经过验证的混合结构这种结构部件往往是老飞机改进改型常遇到
的问题,其金属骨架基本上等同于金属原件,一般认为它们已经过验证,从而只需验
证其复合材料壁板结构。为了保证这一目的,可以对其金属骨架中的薄弱环节进行
加强、定期更换或采取其他必要的措施。此外由于复合材料不存在高载迟滞效应,先
期施加的静力验证载荷不会提高试验件的试验寿命,因此也提供了这种可能。
对军机,用一个复合材料结构部件同时实现静强度、耐久性和损伤容限试验仍在
探索研究中,规范中未能提供具体的方法。目前主要由各设计部门针对具体结构制
定相应的试验方案。针对金属骨架已经过验证的混合结构,曾采用过以下试验程序(供参考):
振动特性试验和 %&设计载荷静强度试验;
"两倍寿命期耐久性试验;
载荷放大, ’倍寿命期损伤容限试验;
’(&设计载荷静力试验;
%)倍寿命期损伤扩展试验;
&剩余强度和静强度破坏试验。
•’•
五、复合材料 金属混合结构部件验证试验方法建议
实际上目前多数复合材料结构件是复合材料 金属混合结构。由于这两种材料呈现出不同的疲劳载荷和环境敏感性以及分散性,因此这两种材料对试验载荷谱的简化与编制、试验方案的拟定和试验实施方法等提出了不同的、有时甚至是互相矛盾的要求。已有的使用经验表明,满足结构完整性要求的全复合材料结构往往具有无限寿命,而金属结构一般是有限寿命的。因此,在一个试验件上很难同时验证这两种材料结构件的耐久性 损伤容限。
为解决这一难题,建议在进行复合材料 金属混合结构部件耐久性 损伤容限验证试验时,采用金属结构件适用的载荷谱和寿命分散系数进行验证,对未能完全或未充分验证的复合材料结构件,应采用复合材料结构件、细节件或元件试样的补充试验来完成。复合材料结构件、细节件或元件试样的复杂性应足以代表并正确模拟全尺寸部件中复合材料结构件的破坏模式。
用结构件来验证复合材料结构疲劳性能具有下列优点:
(")可按复合材料结构试验目的选择结构件;
()如果需要在湿热环境下进行试验,用结构件比较容易实现且成本较低;
()有可能对多个相同的结构件进行试验,以增加数据的置信度;
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