论文摘要：军用飞机结构耐久性应用新技术研究

耐久性是飞机结构完整性的重要组成部分，耐久性设计是飞机结构设计的一项主要设计准则，而基于耐久性服役寿命的分析与评估技术则是先进飞机结构耐久性设计的主要方法。经过国内外三十多年的研究，已形成了由概率断裂力学方法、确定性裂纹扩展方法与裂纹萌生方法所构成的飞机结构耐久性分析技术体系，并在我国飞机研制和多种现役飞机定寿中得到了成功的应用。随着耐久性技术应用的不断发展，特别是在某型飞机结构定延寿项目全面贯彻耐久性技术中，对耐久性应用技术提出了一些重要的新关键技术的需求，主要包括：(1) 为确保结构耐久性分析评定结果的安全可靠的复杂结构(含多细节群的复杂构件和含多个关键构件的部件结构系统)耐久性分析评定方法；(2) 考虑飞机在规定使用条件下载荷历程差异性的结构耐久性评估技术；(3) 单机结构耐久性损伤适时评估技术；(4) 针对反映典型制造质量的全尺寸疲劳试验机结构并考虑在试验过程中变更载荷谱情况的耐久性评估方法。本文结合某型飞机定延寿课题和空军重点预研项目，对上述问题进行了较为深入的理论与试验研究，取得了如下具有一定创新性和工程应用价值的研究成果：(1) 建立了复杂结构耐久性综合分析方法。针对含多细节群复杂构件，提出了对各细节群裂纹超越数加权累加，确定构件总裂纹超越数，进行耐久性分析评估的通用方法。特别针对含相似多细节群构件，提出了通过S－N曲线折算与应力严重系数折算，将不同细节归并为最严重细节，进行耐久性分析评估的工程方法。针对部件结构，提出了将部件所含多个型式相同或相近的关键构件归纳为结构系统，统一进行应力区划分及损伤度评估与经济寿命预测的结构系统耐久性分析评估方法。(2) 建立了考虑载荷历程差异性的结构耐久性分析方法。在实际使用载荷历程(谱)造成的结构损伤服从对数正态分布的假设基础之上，提出了谱强度系数的概念，给出了相应的表达式及确定方法。通过在裂纹扩展方程中引入谱强度系数，构成不同严重程度使用载荷历程(谱)对应的裂纹扩展控制曲线，从而形成了考虑载荷历程差异性的结构耐久性评估方法与实施技术。(3) 提出了单机耐久性损伤的适时评估技术。通过单机已飞载荷历程平均损伤率的计算，引入基准载荷谱对应的基准平均损伤率，确定当量谱强度系数以及使用期裂纹扩展控制曲线，给出任意服役时间对应的单机耐久性损伤消耗率，从而实现了单机耐久性损伤的适时评估。(4) 建立了试验机关键结构的耐久性评估方法。明确了反映典型制造质量的试验机耐久性分析可靠度指标为50％，给出了结构细节群裂纹超越数的精确分布，提出了评估试验机结构细节群耐久性仍采用裂纹超越数服从正态分布假设的工程做法。在给出EIFS分布参数通用性工程判据的基础上，提出了综合不同谱下模拟试件耐久性试验数据确定EIFS分布参数的方法，在此基础上建立了变更载荷谱条件下试验机关键结构耐久性评估的概率断裂力学方法。基于Miner累积损伤理论，给出了变更载荷谱条件下各应力区结构细节耐久性损伤累加方法和裂纹超越概率的计算方法，从而建立了变更载荷谱条件下试验机关键结构耐久性评估的裂纹萌生方法。(5) 上述各项研究成果已成功地应用于某型飞机定延寿中试验机与机群的关键结构耐久性分析评定，验证了本文建立的方法与技术的可行性，为该型飞机全尺寸结构耐久性(疲劳)试验的成功和给出结构定延寿结论提供了重要的技术支持与依据。

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