[发明专利]一种确定飞机结构广布疲劳损伤平均行为的寿命升降法

说明书

技术领域

本发明涉及飞机结构中广布疲劳损伤敏感结构的广布疲劳损伤平均行为的预测问题，具体涉及一种确定飞机结构广布疲劳损伤平均行为的寿命升降法，其为基于疲劳应用统计的强度升降法确定结构指定剩余强度的疲劳寿命的寿命升降法，适用于机队中各类广布疲劳损伤敏感结构。

背景技术

自1988年Aloha航空事故以来，广布疲劳损伤(WFD)问题引起了学术界和航空界的广泛关注。WFD是指多个相似或相同细节中同时出现尺寸和密度足够的裂纹，使结构的剩余强度不再满足联邦航空条例§25.571(b)的要求。WFD包括两类情况，一类是发生于一个大的结构单元如蒙皮连接处的铆钉连线，这类被称为多部位损伤(MSD)，另一类是发生于多元件结构，如相邻的框架或纵梁，称为多元件损伤(MED)。MSD和MED的初始裂纹通常都太小以至于在常规检查手段下难以被发现，在没有干预的情况下，这些裂纹将扩展并最终危害到飞机的结构完整性。因此，研究和阻止WFD的发生成为了学术界和航空界的热点。

美国联邦航空管理局针对WFD问题发布了一系列规定和咨询通告，要求飞机设计认可持有人确定支持飞机结构广布疲劳损伤评定和维修大纲的有效性限制(LOV)，保证运输类飞机，尤其是老龄飞机的持续适航能力。国内外针对WFD的相关规定进行了深入的分析和解读，并就LOV的确定方法展开了研究和讨论。对于飞机的每个敏感结构都进行WFD评定以确定其WFD平均行为(WFD_ave)是确定LOV的基础。目前确定WFD_ave的方法以分析手段为主，而在实验确定WFD_ave方面尚无相关的文献，研究者们正对此开展研究。本发明正是在这一背景下，基于疲劳应用统计中的强度升降法提出的。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：基于疲劳应用统计中的强度升降法，建立测定结构指定剩余强度的疲劳寿命的方法，用以预测飞机结构指定剩余强度下的疲劳寿命，并最终提出一种确定WFD敏感结构的WFD平均行为的寿命升降法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种确定飞机结构广布疲劳损伤平均行为的寿命升降法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A，首先确定结构所受疲劳载荷和需要满足的剩余强度σ_req，并选取一个相对较高的初始疲劳寿命级N₀和合适的寿命级差ΔN；

步骤B，进行疲劳裂纹萌生和裂纹扩展实验，若未到达选定寿命级试件就断裂，实验结果记为“破坏”，若实验到达选定寿命时试件未断裂，则进行步骤C；

步骤C，进行静强度实验，取静强度实验中的最大载荷为试件的剩余强度σ_rsi，若σ_rsi<σ_req，则实验结果记为“破坏”，若σ_rsi≥σ_req，则实验结果记为“越出”；“破坏”和“越出”为两个相反的结果；

步骤D，若前一个试件为“破坏”，则随后的一个试件在前一个试件的寿命级上减寿命级差ΔN，进行步骤B，若前一个试件为“越出”，则随后的一个试件在前一个试件的寿命级上加寿命级差ΔN，进行步骤B；

步骤E，根据步骤B至步骤D序贯进行实验。从第一次出现相反结果的两个数据点开始记为有效数据，实验至6～12个有效数据时，根据有效数据的终点，可以设想在某一寿命级上还应存在一个数据点，若该点与有效数据的起点位于同一寿命级上，则实验数据闭合。若满足闭合条件，则进入步骤F，若不满足闭合条件，则进入步骤B；

步骤F，相邻寿命级上的相反结果配对；

步骤G，将对子的寿命均值作为随机变量进行统计分析，统计量的均值即为广布疲劳损伤平均行为(WFD_ave)，具体计算公式为：

其中，N_ri为相邻寿命级上的相反实验结果的寿命N_i和N_i+1的均值，n_i为N_i和N_i+1配成的对子个数，n＝Σn_i；

步骤H，结束。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明以疲劳应用统计中常用的强度升降法理论为基础，提出了确定指定剩余强度的疲劳寿命的寿命升降法，该方法可用于确定机队中WFD敏感结构的WFD平均行为。