多部位损伤结构的疲劳寿命预测

论文摘要

多部位损伤是现役飞机的典型损伤形式,尤其在大型飞机结构中广泛存在,对飞机结构完整性构成严重威胁。现有限制单一主裂纹长度的损伤容限设计方法已不能保证结构的使用安全,亟待解决含多裂纹结构的耐久性/损伤容限设计与评定问题。针对这一课题,本文基于弹塑性断裂力学和疲劳断裂理论,在充分吸收借鉴国内外最新研究成果的基础上,开展多部位损伤板的应力强度因子研究与的疲劳扩展寿命预测,为老龄飞机结构完整性评估提供一套更加先进、完善、实用的损伤容限分析方法。本文主要研究了多部位损伤结构的应力强度因子和疲劳扩展寿命预测。通过有限元方法,对实际结构可能出现的四种典型多部位损伤形式的应力强度因子进行了分析。并通过数值计算,详细讨论了结构尺寸和孔边裂纹间相对位置对应力强度因子的影响规律,得到了一系列对工程应用具有实用价值的结论。利用所得应力强度因子,裂纹扩展方向采用最大周向应力准则,结合工程中应用最为广泛的Paris公式对多裂纹板的疲劳寿命进行了预计,计算结果与现有试验结果比较吻合,且偏于保守,表明了该方法的可行性。本文从试验及理论方向研究多裂纹板的拉伸破坏及疲劳断裂问题,各个环节都得到有关理论和试验的验证,表明了本文研究方法的正确性、计算结果的可靠性。由于力学响应的计算采用有限元方法,所以该方法适用于裂纹任意分布的多部位损伤板,可直接用于工程实际结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 多部位损伤失效模式和剩余强度研究
• 1.2.2 多部位损伤的力学响应研究
• 1.2.3 多部位损伤的裂纹扩展寿命研究
• 1.3 本文的主要目的与内容编排
• 第二章 基本理论
• 2.1 FRANC2D/L 模拟裂纹扩展过程介绍
• 2.1.1 网格划分方法
• 2.1.2 网格映射算法
• 2.2 裂纹扩展断裂准则
• 2.2.1 延性材料的断裂准则
• 2.2.2 复合型裂纹的扩展方向判断准则
• 2.3 小结
• 第三章 多部位损伤应力强度因子
• 3.1 引言
• 3.2 含共线多孔MSD 平板的应力强度因子分析
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 四种损伤模式下的应力强度因子分析
• 3.2.3 各种几何参数影响下四种损伤模式下的应力强度因子分析
• 3.2.4 数值结果分析
• 3.2.5 双排无载孔边裂纹的应力强度因子
• 3.3 小结
• 第四章 多裂纹薄板的裂纹扩展寿命预测
• 4.1 引言
• 4.2 多裂纹板裂纹扩展寿命问题要素
• 4.2.1 疲劳裂纹扩展的速率问题
• 4.2.2 裂纹扩展中裂纹间相互干涉的问题
• 4.3 疲劳试验
• 4.3.1 试验介绍
• 4.3.2 试验现象
• 4.3.3 试验数据
• 4.4 多部位损伤板的寿命预测方法
• 4.4.1 多部位损伤板的寿命预测方法步骤
• 4.4.2 疲劳寿命预测结果与结论
• 4.4.3 对共线无载孔边裂纹损伤板的寿命预测
• 4.4.4 对双排共线无载孔边裂纹损伤板的寿命预测
• 4.5 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文的主要贡献
• 5.2 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 附录