[发明专利]一种飞机结构疲劳裂纹扩展方向的预测方法和装置

权利要求书

1.一种飞机结构疲劳裂纹扩展方向的预测方法，其特征在于，包括：

步骤一、建立飞机结构的静强度有限元模型；

步骤二、建立所述飞机结构的含裂纹的有限元模型；所述裂纹长度为L₀；

步骤三、对所述含裂纹的有限元模型进行应力场计算，得到含裂纹的有限元模型中的各个单元的应力；

步骤四、根据所述含裂纹的有限元模型中的裂纹轨迹曲线以及所述裂纹轨迹曲线的初始裂纹尖端，以所述初始裂纹尖端为起点，建立原裂纹裂尖处切线，所述原裂纹裂尖处切线的切线方向与所述裂纹轨迹曲线的裂纹趋向一致；

步骤五、确定远端应力场计算中心位置，所述远端应力场计算中心位置为以所述初始裂纹尖端为起点、沿所述原裂纹裂尖处切线的切线方向量取L长度确定的点；

步骤六、确定远端应力场计算所需的3个有限元单元，所述3个有限元单元为以所述应力场计算中心点位置所在有限元单元为中心计算单元，在经过所述应力场计算中心点位置、且与所述原裂纹裂尖处切线相垂直的方向上，选取与所述中心计算单元相邻的两个有限元单元，得到的3个有限元单元；

步骤七、确定远端平均应力σ_x、σ_y、τ_xy，其中，{σ_x1，σ_y1，τ_xy1}、{σ_x2，σ_y2，τ_xy2}和{σ_x3，σ_y3，τ_xy3}，分别为所述3个有限元单元的应力；

步骤八、根据θ＝arctg((-τ_xy)/(σ_max-σ_y))，计算远端应力场计算中心主应力所在方位角θ，根据θ，确定经过所述应力场计算中心点位置的方位线；其中，

步骤九、确定裂纹扩展方向，所述裂纹扩展方向所在的直线经过初始裂纹尖端，且与所述方位线相垂直，所述裂纹扩展方向与所述原裂纹裂尖处切线的切线方向的夹角小于90度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立飞机结构的静强度有限元模型，包括：

选取结构分析区域以及单元类型；

根据所述单元类型、预设飞机结构的支持及约束，以及飞机结构的预设载荷，建立所述飞机结构的所述结构分析区域的静强度有限元模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立所述飞机结构的含裂纹的有限元模型，包括：

在所述静强度有限元模型中，添加裂纹轨迹曲线，设置初始裂纹尖端，对所述裂纹轨迹曲线的裂尖进行网格细化，建立含裂纹的有限元模型，其中，所述预设裂纹轨迹曲线的裂纹长度为L₀。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据θ，确定经过所述应力场计算中心点位置的方位线，包括：

在θ≤0时，确定所述方位线位于所述原裂纹裂尖处切线的顺时针方向θ。