一种确定飞机结构广布疲劳损伤平均行为的寿命升降法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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，研宄和阻止WFD的发生成为了学术界和航空界的热点。
[0003] 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宄和讨论。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（WFDaJ是确定LOV的基础。目前确定WFDavJ^方法以分析手 段为主，而在实验确定WFDave方面尚无相关的文献，研宄者们正对此开展研宄。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】
[0004] 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。
[0005] 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：
[0006] 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〇 _，并选取一个相对 较高的初始疲劳寿命级Ntl和合适的寿命级差AN;
[0007] 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;
[0008] 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Orei，若 〇 ，则实验结果记为"破坏"，若〇w，则实验结果记为"越出";"破坏"和"越 出"为两个相反的结果；
[0009] 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△N，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AN，进彳丁步骤B;
[0010] 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;
[0011] 步骤F，相邻寿命级上的相反结果配对；
[0012] 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（WFDaJ，具体计算公式为：
【主权项】
1. 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 _，并选取一个相对较高 的初始疲劳寿命级Ntl和合适的寿命级差ΛΝ; 步骤Β，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〇 rei，若 〇 ，则实验结果记为"破坏"，若〇，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Λ N，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ΔΝ，进彳丁步骤B ; 步骤Ε，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_)，具体计算公式为：
其中，t为相邻寿命级上的相反实验结果的寿命N JP N i+1的均值，n N JP N i+1配成 的对子个数
步骤H，结束。
【专利摘要】本发明建立了一种确定飞机结构广布疲劳损伤平均行为的寿命升降法，以疲劳应用统计学中强度升降法的理论为基础，提出了确定飞机结构广布疲劳损伤平均行为的寿命升降法，在不同寿命级上进行疲劳寿命试验，继而进行剩余强度试验，判断剩余强度是否满足要求，当相邻两个寿命级上出现相反结果时，取两个的寿命均值为正好满足指定剩余强度的寿命，重复试验并统计分析得到广布疲劳损伤平均行为。本发明提出的寿命升降法以疲劳可靠性为理论基础，不依赖于结构的具体形式和受载情况，对广布疲劳损伤敏感结构的两种类型，即多部位损伤结构和多元件损伤结构均适用。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104679996
【申请号】CN201510061709
【发明人】张建宇, 张健萍, 时新红, 刘浩
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月5日