CN104809299B - 一种基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法。所述基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法包括如下步骤：步骤1：根据预制的耐久性严重载荷谱分别对每个试验件进行测试，以得到每个试验件的试验寿命,并进而计算出总试验件的平均试验寿命的步骤；步骤2：基于耐久性严重载荷谱计算结构疲劳分散系数的步骤；步骤3：根据步骤1及步骤2中所得到的数据计算出该试验件平均安全寿命的步骤。本发明的方法中，对于同样的试验件，根据严重载荷谱进行试验所得到的安全寿命的数据与根据基准载荷谱得到的安全寿命基本相同，根据严重载荷谱进行试验相对于根据基准载荷谱进行试验节约了试验的时间、人力以及物力成本。

Description

一种基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法

技术领域

本发明涉及安全寿命测试领域，特别是涉及一种基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法，尤其涉及上述方法对于飞机领域的应用。

背景技术

由于飞机结构疲劳寿命固有的分散性以及飞机服役中所经受的使用载荷谱有可能比设计使用载荷谱更加严重等原因，在确定飞机使用寿命时，要考虑结构疲劳分散系数的影响。

在现有技术中，通常通过基准载荷谱来确定结构疲劳分散系数，且对试验件的测试也是根据基准载荷谱来进行试验的。在得到试验数据后，通过结构疲劳分散系数计算出安全寿命。

然而，基准载荷谱为以反映飞机在设计使用分布内的严重使用情况，从而使机队50％的飞机预期满足设计使用寿命。

通过基准载荷谱进行测试，由于其仅需满足50％的飞机预期设计使用寿命，因此，需要对试验件进行大量的测试或者较长时间的测试才能够得到50％的试验件的试验寿命，对于试验的时间成本、人力以及物力的浪费比较大。

且通过基准载荷谱进行测试，其所测试出的试验件的实验寿命相对较长。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

名词解释：

耐久性严重载荷谱：根据GJB67.6A-2008，耐久性严重载荷谱为以反映飞机在设计使用分布内的严重使用情况，从而使机队90％的飞机预期满足设计使用寿命。

本发明的目的在于提供一种基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法，所述基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法包括如下步骤：步骤1：根据耐久性严重载荷谱分别对每个试验件进行测试，以得到每个试验件的萌生试验寿命,从而计算出总试验件的平均萌生试验寿命；步骤2：基于耐久性严重载荷谱计算结构疲劳分散系数；步骤3：根据步骤1及步骤2中所得到的数据计算出该试验件平均安全寿命。

优选地，所述步骤2中的结构疲劳分散系数采用如下公式进行计算：

或者

其中，u₉₀为与可靠度相关的标准正态偏量系数，其中，所述u₉₀中的可靠度为以满足90％的试验件预期设计使用寿命；u_p为与可靠度相关的标准正态偏量系数，其中，所述u_p中的可靠度为以满足99.9％或其以上的试验件预期设计使用寿命；

u_r为置信度；σ₀为母体标准差；N为试验件数；L_f为结构疲劳分散系数。

优选地，当所述n接近于无穷大时，所述公式为：

优选地，所述σ₀的取值范围为：0.14—0.2。

优选地，所述步骤3采用如下公式计算试验件平均安全寿命：试验件平均安全寿命＝平均萌生试验寿命/结构疲劳分散系数。

优选地，所述步骤1采用如下公式计算平均试验寿命：平均萌生试验寿命为试验件的平均萌生试验寿命的几何平均值。

优选地，所述试验件为飞机或飞机上需要计算并得到安全寿命的结构或部件。

在本发明的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法中，所有测试步骤均基于耐久性严重载荷谱来进行，而耐久性严重载荷谱需要满足90％的试验件的试验寿命，其相对于基准载荷谱的条件更为严格。对于同样的试验件，根据耐久性严重载荷谱进行试验所得到的安全寿命的数据与根据基准载荷谱得到的安全寿命基本相同，但是，根据耐久性严重载荷谱进行试验相对于根据基准载荷谱进行试验，所需要的试验次数，试验时间均大大减小，继而节约了试验的时间、人力以及物力成本。

附图说明

图1是本发明一实施例的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法的流程示意图。

图2是某型飞机外翼一纵墙下缘条试验件的萌生试验寿命的数据图。

图3是根据图2所示的数据图从而计算出安全寿命的数据图。

图4是正态函数分布值表。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

根据本发明的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法如下步骤：步骤1：根据预制的耐久性严重载荷谱分别对每个试验件进行测试，以得到每个试验件的试验寿命,并进而计算出总试验件的平均萌生试验寿命的步骤；步骤2：基于耐久性严重载荷谱计算结构疲劳分散系数的步骤；步骤3：根据步骤1及步骤2中所得到的数据计算出该试验件平均安全寿命的步骤。

在本发明的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法中，所有测试步骤均基于严重载荷谱来进行，而严重载荷谱的试验条件比基准载荷谱的试验条件苛刻，对于同样的试验件，根据严重载荷谱进行试验所得到的安全寿命的数据与根据基准载荷谱得到的安全寿命基本相同，但是，根据严重载荷谱进行试验相对于根据基准载荷谱进行试验，所需要的试验次数，试验时间均大大减小，继而节约了试验的时间、人力以及物力成本。

图1是本发明一实施例的流程示意图。

参见图1，本发明的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法包括如下步骤：步骤1：根据预制的耐久性严重载荷谱分别对每个试验件进行测试，以得到每个试验件的试验寿命,并进而计算出总试验件的平均萌生试验寿命的步骤；步骤2：基于耐久性严重载荷谱计算结构疲劳分散系数的步骤；步骤3：根据步骤1及步骤2中所得到的数据计算出该试验件平均安全寿命的步骤。

其中，步骤1中的平均萌生试验寿命为试验件的几何平均值。具体地，采用如下公式计算平均萌生试验寿命：各个试验件的萌生试验寿命相乘，并将乘积后的数值开n次方。其中，n为试验件个数。举例来说，试验件的个数为3件，其中，第一件的萌生试验寿命为A₁，第二件的萌生试验寿命为A₂，第三件的萌生试验寿命为A₃。求平均萌生试验寿命为：其中，n为3。

步骤3采用如下公式计算试验件平均安全寿命：试验件平均安全寿命＝平均萌生试验寿命/结构疲劳分散系数。

在第一实施例中，步骤2中的结构疲劳分散系数采用如下公式进行计算：其中，

u₉₀为与可靠度相关的标准正态偏量系数，其中，可靠度为以满足90％的试验件预期设计使用寿命；

u_p为与可靠度相关的标准正态偏量系数，其中，可靠度为以满足99.9％或其以上的试验件预期设计使用寿命；

σ₀为已知标准差；

N为试验件数；

L为结构疲劳分散系数。

当其中N接近于无穷大时，步骤2中的公式可以简化为：

可以理解的是，在第二实施例中，步骤2中的结构疲劳分散系数还可以采用如下公式进行计算：

其中，

u₉₀为与可靠度相关的标准正态偏量系数，其中，可靠度为以满足90％的试验件预期设计使用寿命；

u_p为与可靠度相关的标准正态偏量系数，其中，可靠度为以满足99.9％或其以上的试验件预期设计使用寿命；

u_r为置信度；

σ₀为已知标准差；

N为试验件数；

L为结构疲劳分散系数。

其中，两个实施例中的计算公式的区别在于，其中一个实施例中增加有u_r为置信度，以进一步增加计算的可靠性。

有利的是，上述实施例中的σ₀的取值范围为：0.14—0.2。其具体取值可以根据不同材料典型试验件多次试验的结果确定。

有利的是，本发明的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法中的试验件适用于飞机或飞机上需要计算并得到安全寿命的结构或部件。可以理解的是，本发明的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法中的试验件并不局限于飞机或飞机上的结构或部件，也可以是其他机械用部件或构件。

下面以举例的方式对本发明做进一步的详细阐述。可以理解的是，下述举例并不构成对本发明的任何限制。

下面以某型飞机外翼一纵墙下缘条试验件为例进行举例说明。

图2是某型飞机外翼一纵墙下缘条试验件的试验寿命的数据图。图3是根据图2所示的数据图从而计算出安全寿命的数据图。图4是正态函数分布值表。

为了通过对比，进一步解释本发明的优点，在下述举例中，还包括基于耐久性基准谱进行试验的数据。在下述叙述中，基于耐久性基准谱进行试验的数据均为已知数据，在下述中不再赘述。

参见图2，在该图中，萌生试验寿命为该外翼一纵墙下缘条产生耐久性、经济性修理寿命的裂纹出现时的寿命。

根据试验，确定该外翼一纵墙下缘条在耐久性基准谱和耐久性严重载荷谱下的试验寿命，其中，在本次举例中，在耐久性基准谱中，试验件的数量为7件，在耐久性严重载荷谱中，试验件的数量为5件。

从图2中可以看出，其中，基于耐久性基准谱进行试验的外翼一纵墙下缘条的萌生试验寿命基本均在20000小时左右，而基于耐久性严重载荷谱中的萌生寿命基本均在10000小时左右。

按照本发明的计算安全寿命的方法进行计算，首先，进行步骤1：计算出总试验件的平均萌生试验寿命，其中，所用公式为：各个试验件的萌生试验寿命相乘，并将乘积后的数值开n次方。(计算过程略)。

参见图3，从而得到基于耐久性严重载荷谱的平均萌生试验寿命为9732小时。

而从图2中可以看出，基于耐久性基准谱进行试验的外翼一纵墙下缘条的平均萌生试验寿命为20247小时(此为现有技术，计算过程在此既不赘述)。

根据步骤2，计算出基于耐久性严重载荷谱计算结构疲劳分散系数，具体地，在第一实施例中，通过公式计算，其中，σ₀的取值为0.2。其中，u₉₀、u_p分别通过查找获得。从而得到L_f：2.4。

具体地，u₉₀、u_p可通过正态函数分布表查得(参见图4，图4为自网络所摘表格)，在本实施例中，u₉₀取1.282，u_p取3。

根据步骤3计算出该试验件平均安全寿命，具体地，采用公式：试验件平均安全寿命＝平均萌生试验寿命/结构疲劳分散系数。从而得到图3中所示的试验件平均安全寿命4055小时。

参见图3，可以看出，在现有技术中，基于耐久性基准谱的分散系数为4.4，且基于耐久性基准谱的分散系数中σ₀的取值也为0.2。而其根据分散系数求得的试验件平均安全寿命为4601小时(此为现有技术，在此不再赘述)。

可以理解的是，采用第二实施例中的步骤2的公式，同理可计算出，基于耐久性严重载荷谱得到的结构疲劳分散系数L为2.9，从而根据步骤3得到图3中所示的试验件的平均安全寿命为3356小时。

相对的，由于在第二实施例中的步骤2的公式中，需要考虑置信度u_r，因此，相对的，基于耐久性基准谱的分散系数中也同样需要考虑置信度问题，从而得到基于耐久性基准谱的分散系数L_f为5.0，同理得到基于耐久性基准谱的试验件平均安全寿命4049小时。(计算过程同上，在此不再赘述)

通过上述对比可以看出，基于耐久性基准谱所计算出的试验件平均安全寿命与基于耐久性严重载荷谱所得出的试验件平均安全寿命相差不多，而采用后者，所需要的试验的时间相较于后者所需要试验的时间有显著的缩短，同样的，也显著的减少了人力以及物力成本。

且基于耐久性严重载荷谱所得出的试验件平均安全寿命相对较低，相对于基于耐久性基准谱所计算出的试验件平均安全寿命来说，其所确定的试验件平均安全寿命也相对较严谨。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据耐久性严重载荷谱分别对每个试验件进行测试，以得到每个试验件的萌生试验寿命,从而计算出总试验件的平均萌生试验寿命；

步骤2：基于耐久性严重载荷谱计算结构疲劳分散系数；

步骤3：根据步骤1及步骤2中所得到的数据计算出该试验件平均安全寿命；

所述步骤2中的结构疲劳分散系数采用如下公式进行计算：

或者

其中，

u₉₀为与可靠度相关的标准正态偏量系数，其中，所述u₉₀中的可靠度为以满足90％的试验件预期设计使用寿命；

u_p为与可靠度相关的标准正态偏量系数，其中，所述u_p中的可靠度为以满足99.9％或其以上的试验件预期设计使用寿命；

u_r为置信度；

σ₀为母体标准差；

n为试验件数；

L_f为结构疲劳分散系数。

2.如权利要求1所述的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法，其特征在于，当所述n接近于无穷大时，所述公式为：

3.如权利要求2所述的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法，其特征在于，所述σ₀的取值范围为：0.14—0.2。

4.如权利要求1所述的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法，其特征在于，所述步骤3采用如下公式计算试验件平均安全寿命：试验件平均安全寿命＝平均萌生试验寿命/结构疲劳分散系数。

5.如权利要求1所述的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法，其特征在于，所述步骤1采用如下公式计算平均萌生试验寿命：平均萌生试验寿命为试验件的平均萌生试验寿命的几何平均值。

6.如权利要求1—5中任一项所述的基于耐久性严重载荷谱计算平均安全寿命的方法，其特征在于，所述试验件为飞机或飞机上需要计算并得到安全寿命的结构或部件。