[发明专利]用于飞机结构腐蚀疲劳关键件延寿的寿命包线扩展方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种寿命包线扩展方法，具体涉及一种用于飞机结构腐蚀疲劳关键件延寿的寿命包线扩展方法，属于飞机结构延寿技术领域。

背景技术

飞机结构的寿命，是指飞机在正常服役状态下从投入使用到退役停飞的使用期限，包括以当量飞行小时数或起落次数表征的基准疲劳寿命和以使用年限表征的基准日历寿命。现有的寿命管理手段中，当飞机的当量飞行小时数、起落次数和使用年限三个指标中的任一指标达到飞机定寿时的规定值，都意味着飞机的到寿。其中，上述的当量飞行小时数是指将飞机的实际飞行载荷等损伤折算到基准载荷谱下得到的飞行小时数。

当飞机在使用到寿后，从使用经济性或使用需求出发，通常要对飞机结构进行延寿。飞机结构的延寿包含疲劳延寿和日历延寿。疲劳延寿是考虑飞机结构经受的重复载荷历程，采取一定的措施延长飞机结构的飞行小时数或起落次数，仅考虑载荷条件的影响。对达到寿命指标的飞机，现有的疲劳延寿技术主要有损伤容限分析延寿法和耐久性经济修理延寿法，如图1所示。

对于未发现裂纹的关键部位，常采用损伤容限分析延寿法进行延寿，即根据损伤容限的设计思想确定结构的安全裂纹扩展周期，并给出结构的检修间隔期，从而给出结构的延寿结论。对于已发现裂纹但未达到广布损伤的关键部位，常采用耐久性经济修理延寿法，即对关键部位进行修理或更换，通过修理后的寿命分析给出结构的延寿结论。

飞机结构的日历延寿指的是飞机达到预定使用年限后，考虑环境腐蚀造成的结构功能失效，确定飞机结构的剩余使用年限。现有的日历延寿技术主要是通过对结构进行检修，对受到腐蚀的结构基体进行修补并修复其防护涂层，再进行剩余日历寿命评定实现的。

根据经受的载荷环境历程，通常将飞机结构划分为疲劳关键件、腐蚀关键件和腐蚀疲劳关键件三类。疲劳关键件的寿命通常采用当量飞行小时数或起落次数表示，在服役使用过程中经受疲劳载荷的作用且不存在腐蚀问题，只发生疲劳损伤；腐蚀关键件的寿命通常采用日历使用年限表示，在服役使用过程中经受环境的腐蚀作用且不存在交变循环载荷的影响，只发生腐蚀损伤或应力腐蚀损伤；腐蚀疲劳关键件的疲劳寿命和日历寿命是相互影响的，在服役使用过程中此类结构既经受疲劳载荷又经受环境腐蚀作用，发生腐蚀疲劳损伤。

由上可见，现有的疲劳延寿和日历延寿主要是针对疲劳关键件和腐蚀关键件，而对于腐蚀疲劳关键件没有考虑腐蚀作用对疲劳寿命的影响。如果对到寿的腐蚀疲劳关键件分别进行疲劳延寿和日历延寿，在延寿后的使用过程中，由于腐蚀环境的影响会明显降低结构的疲劳寿命，可能会导致腐蚀疲劳关键部位的结构安全寿命低于预期疲劳寿命，存在安全隐患。

何宇廷在《飞机结构寿命包线的确定方法》（空军工程大学学报（自然科学版）,2006,7（6）：1-3）、《腐蚀环境下机械设备结构剩余疲劳寿命预测方法研究》（材料研究学报,2007,S:314-317）、《一种基于飞机结构寿命包线理论的单机剩余寿命预测方法》（CN201320845064.2）等文献中提出了飞机结构寿命包线的概念和建立方法。

飞机结构寿命包线是表征飞机结构在服役过程中当量飞行小时数/起落次数与服役日历时间范围的边界线，也就是当量疲劳寿命与日历寿命的使用限制线，可以在以疲劳寿命和日历寿命为坐标轴的二维直角坐标系中用曲线表示，其反映了飞机结构疲劳寿命与日历寿命之间的相互关系。飞机结构腐蚀疲劳关键件的寿命包线如图2所示。

图2中，横坐标为日历时间N_y，左右两个方向均为正值；纵坐标为当量飞行小时数N_f；限制线T_p-A-N_p-D-N_c即为腐蚀疲劳关键件的寿命包线。腐蚀疲劳关键件的寿命包线由两部分组成，左侧为防护层有效时的寿命包线，右侧为防护层失效后的寿命包线。