飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度分析

2017-09-25 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

1、飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)可靠性計(jì)算: 結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度計(jì)算方法有多種,但結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度計(jì)算仍是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),主要體現(xiàn)在下列三個(gè)階段。

1)飛機(jī)總體設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)布局和結(jié)構(gòu)形式的確定

2)對(duì)結(jié)構(gòu)連接部位、開(kāi)口區(qū)、復(fù)合材料鋪層等細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算

3)結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度校核階段

2、機(jī)翼和機(jī)身的強(qiáng)度估算:一般采用有限元方法,但在結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析時(shí),常采用薄壁結(jié)構(gòu)力學(xué)方法。

3、結(jié)構(gòu)可靠性概念:可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠性定義的要素是三個(gè)“規(guī)定”(“規(guī)定條件”、“規(guī)定時(shí)間”、“規(guī)定功能”)

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的概率稱(chēng)為可靠度。

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi),喪失規(guī)定功能的概率稱(chēng)為不可靠度或失效概率。

作為飛機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性問(wèn)題,從定義上可以理解為:“結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用載荷/環(huán)境工作下及規(guī)定的時(shí)間內(nèi),為防止各種失效或有礙正常工作功能的損傷,應(yīng)保持其必要的強(qiáng)剛度、抗疲勞斷裂以及耐久性能力。”可靠度則應(yīng)是這用能力的概率度量。

4、1)結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度可靠性是指結(jié)構(gòu)元件或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的強(qiáng)度大于工作應(yīng)力的概率;

2)結(jié)構(gòu)安全壽命可靠性是指結(jié)構(gòu)的裂紋形成壽命小于使用壽命的概率;

3)結(jié)構(gòu)損傷容限可靠性則一方面指結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度大于工作應(yīng)力的概率,另一方面指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的未修使用期內(nèi),裂紋擴(kuò)展小于裂紋容限的概率。

4)其它可靠度度量方法:

結(jié)構(gòu)的失效概率F(t),指結(jié)構(gòu)在t時(shí)刻之前破壞的概率;

失效率λ(t),指在t時(shí)刻以前未發(fā)生破壞的條件下,在t時(shí)刻的條件破壞概率密度;

平均無(wú)故障時(shí)間MTTF(Mean Time ToFailure),指從開(kāi)始使用到發(fā)生故障的工作時(shí)間的期望值。

5、飛機(jī)結(jié)構(gòu)承受的疲勞載荷:

1)機(jī)動(dòng)載荷:它是由于飛機(jī)在機(jī)動(dòng)飛行中,過(guò)載的大小和方向不斷改變而使飛機(jī)承受的氣動(dòng)交變載荷。機(jī)動(dòng)載荷用飛機(jī)過(guò)載的大小和次數(shù)來(lái)表示。

2)突風(fēng)載荷:它是由于飛機(jī)在不穩(wěn)定氣流中飛行時(shí),受到不同方向和不同強(qiáng)度的突風(fēng)作用而使飛機(jī)承受的氣動(dòng)交變載荷。

3)地-空-地循環(huán)載荷:飛機(jī)在地面停放或在地面滑行時(shí),機(jī)翼在本身重量和設(shè)備重量作用下,承受向下的彎矩,但飛機(jī)離地起飛后,機(jī)翼在升力作用下,承受向上的彎矩。這種起落一次交變一次的載荷,稱(chēng)為地-空-地循環(huán)載荷。這是一種時(shí)間長(zhǎng)、幅值大的載荷。

4)著陸撞擊載荷:它是由于飛機(jī)著陸接地后,起落架的彈性引起飛機(jī)顛簸加到飛機(jī)上的重復(fù)載荷。

5)地面滑行載荷:它是由于飛機(jī)在地面滑行時(shí)因跑道不平引起顛簸,或由于剎車(chē)、轉(zhuǎn)彎、牽引等地面操縱而加到飛機(jī)上的重復(fù)載荷。

6)座艙增壓載荷:這是由于座艙增壓和卸壓,而加給座艙周?chē)鷺?gòu)件的重復(fù)載荷。

在以上幾種疲勞載荷中,對(duì)殲擊機(jī)影響最大的是機(jī)動(dòng)載荷、著陸撞擊載荷和地面滑行載荷。

6、根據(jù)部隊(duì)和工廠(chǎng)維修實(shí)踐,影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素主要有以下四個(gè)方面:

1)應(yīng)力集中的影響:大量破壞事例證明:應(yīng)力集中是影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的主要因素,疲勞源總是出現(xiàn)在應(yīng)力集中的部位。如開(kāi)孔、開(kāi)槽、倒角、螺紋等處容易出現(xiàn)疲勞裂紋。

2)表面加工質(zhì)量的影響:大量的破壞事例也證明:表面加工質(zhì)量不高,也是影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的重要因素。

3)裝配效應(yīng)的影響:使用經(jīng)驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)表明,各種裝配效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度影響很大。

4)使用環(huán)境的影響

1腐蝕疲勞:金屬受到腐蝕,將產(chǎn)生“腐蝕疲勞”,使疲勞強(qiáng)度降低,因?yàn)楦g使金屬表面產(chǎn)生無(wú)數(shù)的小應(yīng)力集中點(diǎn),促使疲勞裂紋的形成。

2擦傷疲勞:當(dāng)兩個(gè)相互接觸的固體表面具有微小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),表面會(huì)受到損傷,這就會(huì)引起“擦傷疲勞”(或稱(chēng)“擦傷腐蝕”)。

3高溫疲勞和低溫疲勞:溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度也有影響。

4熱疲勞:構(gòu)件在交變的熱應(yīng)力作用下引起的破壞稱(chēng)為“熱疲勞”。這種熱應(yīng)力主要來(lái)自?xún)煞矫?①由溫度分布不均所引起的;②限制金屬自由膨脹或收縮所引起的。熱疲勞破壞常常表現(xiàn)為金屬表面細(xì)微裂紋網(wǎng)絡(luò)的形成,叫做“龜裂”。

5聲疲勞:在聲環(huán)境下工作的構(gòu)件,因?yàn)槭艿皆胍舻募?lì)而產(chǎn)生振動(dòng),由這種強(qiáng)迫振動(dòng)引起的破壞,稱(chēng)為“聲疲勞”或“噪音疲勞”。

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