[发明专利]一种加筋壁板损伤容限特性分析方法

摘要

本发明涉及一种加筋壁板损伤容限特性分析方法，步骤为：首先选取典型截面位置对加筋壁板结构进行评估，确定影响因素；应用工程方法求取基本加筋影响系数β_加筋；应用工程方法求取结构鼓胀影响系数β_鼓胀；引入载荷影响系数，采用试验数据修正β载荷；分别计算得到每一个裂纹长度相应的应力强度因子：结合裂纹扩展分析、剩余强度分析，完成整个加筋壁板的损伤容限分析过程。本发明对于飞机加筋壁板的损伤容限特性的分析，提供了一种详细的、准确的、快速的计算方法，填补了目前国内对于该领域在实际应用中的空白。具有实际应用的前景。

主权项

一种加筋壁板损伤容限特性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：选取典型截面位置对加筋壁板结构进行评估，确定影响因素；其中，所述的截面位置：包括典型的剖面位置及除开口和连接结构外的具有代表性的蒙皮曲率的结构位置，具体为：机身顶部、底部、左右两侧；影响因素包括，几何特性——即筋条对于蒙皮上裂纹扩展的作用、鼓胀效应及载荷因素；步骤二：应用工程方法求取基本加筋影响系数β_加筋；具体过程如下：将加筋板结构分为无筋条的壁板和筋条两部分，其中壁板受到单轴的拉应力即垂直于裂纹方向，以及一系列的钉载，筋条受到的是紧固件载荷的反作用力；该壁板可视为三种构型的叠加，包括：①受到均匀拉应力的有裂纹的板；②施加集中力，即钉载，但不包含裂纹的板；③考虑裂纹表面受到的分布载荷的板；所述的第①个构型的应力强度因子计算公式为：$K_{\mathrm{\σ}}=\mathrm{\σ}\sqrt{\mathrm{\πa}}$第②个构型的应力强度因子计算公式为：K＝0第③个构型的应力强度因子计算公式为：$K_F=\frac{-2\sqrt{\mathrm{\πa}}}{\sqrt{\mathrm{\π}}}{\∫}_0^a\frac{p\left(x\right)\mathrm{dx}}{a^2-x^2}$其中，$\begin{array}{c}p\left(x\right)=\frac{{\mathrm{Fy}}_0}{\mathrm{\πB}[y_0^2+{(x-s)}^2]}[\frac{3+v}{2}-(1+v)\frac{{(x-s)}^2}{y_0^2+{(x-s)}^2}]+\\ \frac{{\mathrm{Fy}}_0}{\mathrm{\πB}[y_0^2+{(x+s)}^2]}[\frac{3+v}{2}-(1+v)\frac{{(x+s)}^2}{y_0^2+{(x+s)}^2}]\end{array}$其中，B为板厚，σ为拉应力，a为半裂纹长度，F为钉载；当钉载F已知时，基于位移协调法，可以得到筋条的载荷集中系数Ls以及筋条影响系数β_加筋，即加筋板的应力强度因子与未加筋板的应力强度因子之比：筋条上的应力可由下式得到：σ_筋条＝L_Sσ；F₁+F₂...+F_j＝(L_S‑1)·σ·A其中A是筋条的截面积，s是筋条间距，筋条的刚度对于β_加筋和Ls的数值有较明显的影响；步骤三：应用工程方法求取结构鼓胀影响系数β_鼓胀；具体过程如下：鼓胀系数仅仅是在增压情况时有曲率半径的蒙皮壁板上的纵向裂纹有影响，计算过程基于如下公式；一跨裂纹时的计算公式：两跨裂纹时筋条完整的计算公式：其中，c：半裂纹长度；R：曲率半径；L：筋条间距；F：阻尼系数，即，位于筋条位置处的鼓胀与筋条之间全部鼓胀的比值；x：两筋条中点到裂纹尖端的距离；步骤四：引入载荷影响系数，引入试验数据修正β_载荷，其修正公式为：β_载荷＝1.6138*(a/L)⁶‑5.1836*(a/L)⁵+6.4747*(a/L)⁴‑3.8982*(a/L)³+0.7567*(a/L)²+0.338*(a/L)+0.8256其中，a为半裂纹长度，L为筋条间距；步骤五：根据前述步骤，分别计算得到每一个裂纹长度相应的应力强度因子：结合裂纹扩展分析、剩余强度分析，完成整个加筋壁板的损伤容限分析过程。