CN103674588A - 一种飞机金属壁板结构疲劳临界部位筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空强度试验领域，特别是涉及一种飞机金属壁板结构疲劳临界部位筛选方法。首先对结构进行受载分析，筛选出受载形式为拉、剪的单元，再通过结构相似性分析，将结构相同或相近似的结构划归于同一类，然后通过输入载荷谱进行计算得到结构部位的当量应力，在同一类结构中选取当量应力高的部位入选疲劳临界部位。传统方法以静强度结果中的低安全裕度作为指标，由于疲劳和静强度的机理不同，存在错选的风险。本方法采用结构疲劳特性作为筛选指标，当量应力是通过该部位的载荷谱等效得到的，能够代表结构的疲劳受载情况，具有很高的可靠性。

Description

一种飞机金属壁板结构疲劳临界部位筛选方法

技术领域

本发明属于航空强度试验领域，特别是涉及到一种飞机金属壁板结构疲劳临界部位筛选方法。 

背景技术

金属壁板结构是当代飞机最主要的结构形式，在疲劳和损伤容限评估中，对所有金属壁板结构部位进行分析和计算是不现实和不必要的，需要筛选出对疲劳性能来说较危险的部位（或称为临界部位）进行分析。在以往的飞机设计中根据结构部位的静强度安全裕度来进行筛选，由于结构疲劳耐久性和静强度的机理不同，这种传统方法具有局限性，筛选结果不能准确反映机体疲劳特性，存在设计风险。因此，采用什么指标来进行飞机金属壁板结构疲劳临界部位筛选是关系到飞机结构耐久性分析的关键。 

发明内容

发明目的：提供一种以疲劳当量应力作为指标的一种飞机金属壁板结构疲劳临界部位筛选方法。 

技术方案：一种飞机金属壁板结构疲劳临界部位筛选方法，首先对结构进行受载分析，筛选出受载形式为拉、剪的单元，再通过结构相似性分析，将结构相同或相近似的结构划归于同一类，然后通过输入载荷谱进行计算得到结构部位的当量应力，在同一类结构中选取当量应力高的部位入选疲劳临界部位。 

具体包括以下步骤： 

步骤一、对结构进行受载分析：以疲劳当量应力作为指标，当量应力通过该部位的载荷谱等效得到进行受载分析，筛选出受载形式为拉、剪的单元； 

步骤二、结构相似性分析：将机翼内段下板件按照不同厚度分为若干个分区； 

步骤三、当量应力计算：计算公式为： 

$S_{\mathrm{eq}}={\left\{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i{\left[{((1-R)/0.9)}^t{S}_{\max i}\right]}^s\right\}}^{1/s}$

其中：R:应力比 

Smax：循环峰值 

s,t：材料参数，s为材料的S-N曲线斜率，t为应力比转换系数 

材料	s	t
			铝合金	4.5	0.6
钛合金	6.5	0.6
			钢	7.5	0.6

步骤四、在同一类结构中选取当量应力高的部位入选疲劳临界部位。 

有益效果：传统方法以静强度结果中的低安全裕度作为指标，由于疲劳和静强度的机理不同，存在错选的风险。本方法采用结构疲劳特性作为筛选指标，当量应力是通过该部位的载荷谱等效得到的，能够代表结构的疲劳受载情况，具有很高的可靠性。 

具体实施方式

一种飞机金属壁板结构疲劳临界部位筛选方法，首先对结构进行受载分析，筛选出受载形式为拉、剪的单元，再通过结构相似性分析，将结构相同或相近似的结构划归于同一类，然后通过输入载荷谱进行计算得到结构部位的当量应力，在同一类结构中选取当量应力高的部位入选疲劳临界部位。 

具体包括以下步骤： 

步骤一、对结构进行受载分析：以疲劳当量应力作为指标，当量应力通过该部位的载荷谱等效得到进行受载分析，筛选出受载形式为拉、剪的单元； 

步骤二、结构相似性分析：将机翼内段下板件按照不同厚度分为若干个分区； 

步骤三、当量应力计算：计算公式为： 

$S_{\mathrm{eq}}={\left\{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i{\left[{((1-R)/0.9)}^t{S}_{\max i}\right]}^s\right\}}^{1/s}$

其中：R:应力比 

Smax：循环峰值 

s,t：材料参数，s为材料的S-N曲线斜率，t为应力比转换系数 

材料	s	t
			铝合金	4.5	0.6
钛合金	6.5	0.6

[0027] 

钢

7.5

0.6

步骤四、在同一类结构中选取当量应力高的部位入选疲劳临界部位。 

实施例： 

以某飞机内段机翼（0-9肋）的金属壁板结构疲劳临界部位筛选为例。 

1）受载分析 

对结构进行受载分析，选取受拉或受剪的单元，筛选结果为机翼下板件。 

2）结构相似性分析 

由于机翼内段下板件为同一材料的整体加劲板件结构，只有厚度有区别，按照不同厚度将下板件分为6个分区。 

表1结构分区表 

序号	分区	厚度
			1	0-2肋间壁板	3.4
2	2-4肋间壁板	3.2
			3	4-5肋间壁板	3.0
4	5-6肋间壁板	2.8
			5	6-8肋间壁板	2.3
6	8-9肋间壁板	2.0

3）依据载荷谱进行当量应力的计算 

以某处单元为例，输入的载荷谱如下。 

将载荷谱中各项代入当量应力计算公式，得到： 

S_eq={0.15×[((1+0.30)/0.9)^0.6×110.84]^4.5+0.10×[((1+0.29)/0.9)^0.6×113.41]^4.5+0.05×[((1+0.27)/0.9)^0.6×121.12] ^4.5+......+321.05×[((1-0.81)/0.9)^0.6×54.30]^4.5}^1/4.5=116 

按以上方法得到机翼下板件所有单元的当量应力见下表2： 

表2某机翼下板件单元当量应力结果 

4）临界部位的确定 

在6个结构分区中选择当量应力最高的部位入选结构疲劳临界部位，最终结果如下表3。 

表3筛选结果 

序号	分区	临界部位	当量应力	蒙皮厚度
					1	0-2肋间壁板	1-2肋；5-6长桁之间	122	3.4
2	2-4肋间壁板	2-3肋；5-6长桁之间	122	3.2
					3	4-5肋间壁板	4-5肋；4-5长桁之间	109	3.0
4	5-6肋间壁板	5-6肋；3-4长桁之间	114	2.8
					5	6-8肋间壁板	6-7肋；4-5长桁之间	113	2.3
6	8-9肋间壁板	8-9肋；4-5长桁之间	107	2.0

传统方法以静强度结果中的低安全裕度作为指标，由于疲劳和静强度的机理不同，存在错选的风险。本方法采用结构疲劳特性作为筛选指标，当量应力是通过该部位的载荷谱等效得到的，能够代表结构的疲劳受载情况，具有很高的可靠性。 

Claims (2)

1.一种飞机金属壁板结构疲劳临界部位筛选方法，其特征在于，首先对结构进行受载分析，筛选出受载形式为拉、剪的单元，再通过结构相似性分析，将结构相同或相近似的结构划归于同一类，然后通过输入载荷谱进行计算得到结构部位的当量应力，在同一类结构中选取当量应力高的部位入选疲劳临界部位。

2.根据权利要求1所述的一种飞机金属壁板结构疲劳临界部位筛选方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一、对结构进行受载分析：以疲劳当量应力作为指标，当量应力通过该部位的载荷谱等效得到进行受载分析，筛选出受载形式为拉、剪的单元；

步骤二、结构相似性分析：将机翼内段下板件按照不同厚度分为若干个分区；

步骤三、当量应力计算：计算公式为：

$S_{\mathrm{eq}}={\left\{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i{\left[{((1-R)/0.9)}^t{S}_{\max i}\right]}^s\right\}}^{1/s}$

其中：R:应力比

S_max：循环峰值

s,t：材料参数，s为材料的S-N曲线斜率，t为应力比转换系数

材料 s t 铝合金 4.5 0.6 钛合金 6.5 0.6 钢 7.5 0.6

步骤四、在同一类结构中选取当量应力高的部位入选疲劳临界部位。