机身蒙皮壁板多位置损伤裂纹扩展寿命研究

发布时间：2017-10-29 13:26

  本文关键词：机身蒙皮壁板多位置损伤裂纹扩展寿命研究

  更多相关文章： 广布疲劳损伤 多位置损伤 裂纹扩展 Monte-Carlo模拟 适航损伤容限评定

【摘要】：广布疲劳损伤(Widespread Fatigue Damage,简称WFD)是Aloha事故揭示出的一种新的结构疲劳破坏形式,是飞机结构持续完整性重大的威胁。多位置损伤(Multiple Site Damage,简称MSD)是引起结构广布疲劳损伤破坏的重要原因,MSD裂纹的形成、裂纹扩展及剩余强度问题的研究持续受到关注。民用飞机机身蒙皮纵向搭接部位是典型MSD敏感区域,纵向承载的多孔壁板MSD裂纹扩展寿命研究是多位置损伤敏感结构评定的基础。本文针对蒙皮壁板搭接部位的MSD裂纹问题做了以下研究:以组合法计算裂纹尖端应力强度因子为核心,通过归纳组合法计算多孔壁板孔边裂纹尖端应力强度因子的计算规律建立应力强度因子数据库,同时基于Paris裂纹扩展模型、壁板失效准则编程实现含MSD壁板的裂纹扩展寿命的计算。通过模拟裂纹萌生的概率性方法与计算裂纹扩展的确定性方法相结合,分析共线多孔壁板发生WFD的概率。基于随机的多裂纹开裂模式,通过建立的计算模型计算共线多孔壁板多个结构细节裂纹随机萌生,多裂纹扩展的同时其余结构细节损伤积累,含多裂纹结构的剩余强度,得到一次随机的壁板因MSD失效的全过程。采用Monte-Carlo模拟法确定给定载荷条件下的多孔壁板失效概率以及WFD平均行为,并分析了多孔壁板的裂纹萌生寿命以及扩展寿命的相关性,得出二者中度负相关的结论。文章阐述了WFD评定的适航要求,并且讨论了基于WFD平均行为计算结果的检查开始点(Inspection Start Point,简称ISP)及结构改装点(Structure Modification Point,简称SMP)的确定方法,最后提出了一种基于给定置信度水平的检查间隔确定方法,并对可变间隔的确定方法进行说明。本文的研究旨在提供一种可靠的飞机搭接蒙皮的WFD失效寿命的工程计算方法及多位置损伤的检查方案确定方法,为民用飞机表明适航标准中的WFD要求的符合性提供一种分析验证方法。
【关键词】：广布疲劳损伤 多位置损伤 裂纹扩展 Monte-Carlo模拟 适航损伤容限评定
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V267
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 广布疲劳损伤及其危害性11-14
• 1.1.1 广布疲劳损伤11
• 1.1.2 广布疲劳损伤成因11-13
• 1.1.3 广布疲劳损伤危害性13-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 国外研究现状14-16
• 1.2.2 国内研究现状16-17
• 1.3 本文所做的工作17-18
• 第二章 广布疲劳损伤裂纹的疲劳与断裂行为预测18-32
• 2.1 Miner线性累积损伤理论18
• 2.2 应力强度因子的计算18-23
• 2.2.1 J积分法计算应力强度因子19-20
• 2.2.2 组合法计算应力强度因子20-23
• 2.3 多位置损伤的裂纹扩展分析23-26
• 2.3.1 疲劳裂纹扩展模型23-24
• 2.3.2 MSD裂纹扩展寿命计算24-26
• 2.4 裂纹连通与结构失效破坏26-31
• 2.4.1 裂纹连通准则26-30
• 2.4.2 结构失效准则30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 机身蒙皮壁板多位置损伤裂纹扩展分析32-43
• 3.1 多裂纹扩展分析方法流程32-33
• 3.2 计算应力强度因子K的β因子数据库33-36
• 3.2.1 边界条件分解33-36
• 3.2.2 分解边界条件对应的β因子36
• 3.2.3 β因子数据数据处理36
• 3.3 裂纹扩展计算编程36-37
• 3.4 裂纹扩展计算验证37-41
• 3.4.1 基于FRANC2D的裂纹扩展计算37-40
• 3.4.2 基于FRANC2D的复合法40-41
• 3.5 裂纹连通及结构失效41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 机身蒙皮壁板多位置损伤失效概率分析43-59
• 4.1 结构失效概率分析43-47
• 4.1.1 等寿命疲劳极限方法43-44
• 4.1.2 随机变量法44-46
• 4.1.3 Monte-Carlo分析方法46-47
• 4.2 蒙皮壁板多位置损伤Monte-Carlo抽样47-52
• 4.2.1 蒙皮壁板的疲劳失效随机性47-48
• 4.2.2 Monte-Carlo输入变量48
• 4.2.3 随机萌生初始裂纹48-49
• 4.2.4 疲劳关键细节的损伤累积49-50
• 4.2.5 孔边裂纹对相邻未萌生裂纹部位的影响50-52
• 4.3 Monte-Carlo模拟计算52-54
• 4.3.1 计算流程52-53
• 4.3.2 单次Monte-Carlo模拟计算分析53-54
• 4.4 Monte-Carlo模拟计算结果54-57
• 4.4.1 WFD出现时间54-55
• 4.4.2 初始裂纹萌生寿命与裂纹扩展寿命的相关性分析55-56
• 4.4.3 模拟结果的收敛性分析56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 结构广布疲劳损伤适航验证方法59-67
• 5.1 广布疲劳损伤评定适航验证方法59-62
• 5.1.1 WFD平均行为59-61
• 5.1.2 检查开始点和结构改装点61-62
• 5.2 结构广布疲劳损伤检查间隔62-66
• 5.2.1 常规检查间隔确定方法62
• 5.2.2 概率法确定检查间隔62-66
• 5.3 小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 总结及结论67-68
• 6.2 不足与展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 作者简介74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 詹福宇;杨伟;王生楠;赵忠庆;;确定机队WFD平均行为的方法研究[J];西北工业大学学报;2013年01期

2 闫晓中;王生楠;黄汉超;;飞机结构发生多处损伤的概率分析方法[J];机械强度;2012年06期

3 王兆东;;民机广布疲劳损伤的适航验证[J];飞机设计;2012年06期

4 李亚智;李强;沈培良;;运输类飞机防止广布疲劳损伤的适航要求[J];航空工程进展;2011年04期

5 王森;刘马宝;王国力;王新波;;广布损伤的试验研究与有限元分析[J];航空学报;2010年08期

6 曲双石;王会娟;;Monte Carlo方法及其应用[J];统计教育;2009年01期

7 陈跃良;郁大照;杨茂胜;胡家林;;含多处损伤搭接结构应力强度因子有限元分析[J];航空学报;2007年03期

8 王传胜;张建宇;鲍蕊;费斌军;;含MSD铝合金平板的剩余强度试验研究[J];航空材料学报;2007年02期

9 郁大照;陈跃良;胡家林;段成美;;MSD对老旧飞机搭接结构完整性的影响[J];强度与环境;2007年01期

10 王传胜;张建宇;鲍蕊;费斌军;;飞机结构多部位损伤发生的可能性分析[J];北京航空航天大学学报;2006年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 杨光;不同应力比下2024-T4铝合金疲劳裂纹扩展速率试验研究及数值模拟[D];浙江工业大学;2012年

2 张侃;多细节结构的疲劳寿命估算方法研究[D];南京航空航天大学;2012年

，

本文编号：1113192