第七章?lián)p傷容限要求-2009分析

1、word. 第七章 損傷容限設(shè)計要求第1節(jié) 概述1、設(shè)計思想的轉(zhuǎn)變 飛機結(jié)構(gòu)平安性的要求, 主要依賴于結(jié)構(gòu)的損傷容限設(shè)計技術(shù)。 損傷容限設(shè)計成為保證結(jié)構(gòu)平安、防止發(fā)生災(zāi)難性破壞事故的重要設(shè)計原那么和方法。 損傷容限是在“平安壽命和“破損平安之后開展起來的一項工程技術(shù)。它是以斷裂力學(xué)為根底，以保證結(jié)構(gòu)平安為目標(biāo)，以損傷檢查為手段。涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計、載荷、強度、材料、工藝、試驗質(zhì)量控制、使用維修和組織管理各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)工程。在各環(huán)節(jié)中的重要改變對傳統(tǒng)理論和方法是一個巨大的沖擊和革新。表現(xiàn)在：(1) 設(shè)計思想 成認(rèn)損傷不可防止, 不斷開展新的設(shè)計準(zhǔn)那么；(2) 結(jié)構(gòu) 提出新的結(jié)構(gòu)設(shè)計概念, 進行結(jié)構(gòu)分類,

2、 完善結(jié)構(gòu)總體安排和細節(jié)設(shè)計要求； (3) 載荷和環(huán)境 要求飛續(xù)飛載荷譜，強調(diào)溫度、濕度和介質(zhì)環(huán)境，考慮離散源損傷； 載荷譜的譜型分為“等幅譜、程序塊譜、飛續(xù)飛譜3種簡化的排列形式。 飛續(xù)飛載荷譜是以一次飛行接一次飛行地排列飛機所經(jīng)歷的載荷時間歷程。每次飛行代表飛機一種特定的典型使用任務(wù)，該譜一般以一定的時間作為循環(huán)周期，在一個循環(huán)周期內(nèi)，各次飛行之間的載荷歷程有差異，但它們的總和代表飛機所有典型使用任務(wù)。飛機將周而復(fù)始地依次重復(fù)該周期內(nèi)的各次飛行，直至飛機的總壽命結(jié)束為止。 (4) 材料 大量增加了對材料性能的嚴(yán)格要求, 增加裂紋擴展及斷裂、腐蝕的十余個材料常數(shù)，提出新的選材準(zhǔn)那么；(5)

3、強度 貫徹?fù)p傷容限準(zhǔn)那么和新的分析方法；(6) 工藝 對損傷容限重要結(jié)構(gòu)件實施工藝控制；(7) 試驗 增加全尺寸損傷容限試驗裂紋擴展和剩余強度試驗；(8) 質(zhì)量控制 無損檢驗，重要結(jié)構(gòu)件跟蹤控制；(9) 使用和維修 制定并實施結(jié)構(gòu)維修大綱，機隊監(jiān)測監(jiān)控； (10) 組織管理 要實現(xiàn)損傷容限需要設(shè)計方設(shè)計、分析、制造、用戶保證、使用方檢查、維護、修理、報告和適航管理部門管理條例、機隊監(jiān)控三方明確分工，緊密合作，才可能實現(xiàn)。 平安性 在整個預(yù)期使用壽命期內(nèi), 每架飛機的飛行結(jié)構(gòu)的平安性將到達和保持規(guī)定的剩余強度水平(存在未發(fā)現(xiàn)的損傷)的保證。 在任何結(jié)構(gòu)材料可能出現(xiàn)失效的情況中, 裂紋狀缺陷的存在

4、只會加大失效的危險性。因此, 從飛行平安的立場出發(fā), 假定結(jié)構(gòu)可能而且總是經(jīng)常含有初始損傷是謹(jǐn)慎的。2、根本思想 損傷容限 結(jié)構(gòu)在規(guī)定的未修使用周期內(nèi), 抵抗由缺陷、裂紋或其它損傷而導(dǎo)致破壞的能力。 在規(guī)定的壽命增量內(nèi)，結(jié)構(gòu)能成功地遏制損傷而無損于飛行平安的能力。 在遭受疲勞、腐蝕、意外或離散源引起的定量損傷后，在一定使用期內(nèi)，結(jié)構(gòu)保持其剩余強度的能力。 損傷容限設(shè)計思想的根本點 成認(rèn)結(jié)構(gòu)中存在著未被發(fā)現(xiàn)的初始缺陷、裂紋或其它損傷, 使用過程中, 在重復(fù)載荷作用下將不斷擴展。通過分析和試驗驗證, 對可檢結(jié)構(gòu)給出檢修周期, 對不可檢結(jié)構(gòu)提出嚴(yán)格的剩余強度要求和裂紋增長限制, 以保證結(jié)構(gòu)在給定使用

5、壽命期內(nèi), 不至因未被發(fā)現(xiàn)的初始缺陷的擴展失控造成飛機的災(zāi)難性事故。3、根本內(nèi)容 損傷容限分析技術(shù) 設(shè)計飛機從設(shè)計、制造、使用(包括檢查、維護、修理)直到退役的全過程。主要包括裂紋擴展分析和含裂紋結(jié)構(gòu)剩余強度分析。損傷容限3個重要組成局部 損傷容限設(shè)計整個工作的主體和根底 損傷容限評定檢查設(shè)計質(zhì)量、進行設(shè)計改良的根本手段 評定包括： l 分析，大局部重要結(jié)構(gòu)件PSE l 試驗，最重要的PSE l 使用經(jīng)驗或其綜合 結(jié)構(gòu)檢查維修大綱保證結(jié)構(gòu)平安的重要措施另：損傷容限設(shè)計及評定專家系統(tǒng)輔助完成損傷容限分析和評定的任務(wù)損傷容限設(shè)計要素Ø 臨界裂紋尺寸或剩余強度 它說明在剩余強度要求的載荷作

6、用下, 該結(jié)構(gòu)允許存在的最大損傷?；蛟谀骋灰?guī)定的損傷情況下, 結(jié)構(gòu)剩余強度能力應(yīng)大于該結(jié)構(gòu)的剩余強度要求值。Ø 裂紋擴展 在該結(jié)構(gòu)部位的載荷譜和環(huán)境譜作用下, 裂紋長度從可檢裂紋尺寸(初始裂紋尺寸)至臨界裂紋尺寸之間的裂紋擴展期。Ø 損傷檢查 各種檢查方法及檢查間隔的選擇。三個組成損傷容限特性的要素同等重要，三個要素可以單獨或組合作用，使結(jié)構(gòu)的平安性到達一個規(guī)定的水平。結(jié)構(gòu)的損傷容限性能裂紋擴展速率、剩余強度及結(jié)構(gòu)細節(jié)的可達性、可檢性和對各種裂紋檢測方法的適應(yīng)性等綜合因素的結(jié)合。4、目標(biāo)意義 損傷容限設(shè)計目標(biāo) 確保飛機在使用壽命期間(未修使用期內(nèi))可能的最大初始損傷不會增長

7、到危及飛行平安的尺寸。 對每個重要結(jié)構(gòu)元件制定出一個檢查大綱，使得在檢測之前，由疲勞損傷、意外損傷或腐蝕損傷引起的裂紋擴展不會擴展到使結(jié)構(gòu)破壞。損傷容限設(shè)計目的 損傷容限設(shè)計要求，旨在為飛行平安結(jié)構(gòu)和其它選定結(jié)構(gòu)規(guī)定最低限度的損傷容限能力。 實踐和分析說明，把結(jié)構(gòu)設(shè)計成具有足夠的抵抗損傷的能力、易于實施檢查的損傷容限結(jié)構(gòu)，是提高機隊平安水平的有效途徑。損傷容限設(shè)計是整個損傷容限系統(tǒng)工程的主體局部。其目的是通過：l 合理的材料選擇l 恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)布局l 縝密的細節(jié)設(shè)計l 有效的檢查和維修 以保證飛機結(jié)構(gòu)在使用壽命期內(nèi)不會因疲勞、腐蝕、意外及離散源損傷導(dǎo)致飛機結(jié)構(gòu)發(fā)生災(zāi)難性破壞。 疲勞損傷包括腐蝕疲

8、勞 重復(fù)載荷在正常空氣或環(huán)境介質(zhì)聯(lián)合作用下產(chǎn)生的疲勞成核、短裂紋及長裂紋擴展導(dǎo)致剩余強度降低和最終結(jié)構(gòu)破壞。環(huán)境損傷腐蝕損傷 環(huán)境可造成三個方面的問題，一般腐蝕簡稱腐蝕，應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞，腐蝕疲勞已納入疲勞范疇。 腐蝕是材料與腐蝕介質(zhì)化學(xué)或電化學(xué)作用造成的，與力學(xué)系統(tǒng)無直接聯(lián)系。其破壞過程是：腐蝕初期形成腐蝕坑，逐步擴展并聚合導(dǎo)致結(jié)構(gòu)有效截面減小，最后因靜強度或功能上不能滿足要求而失效。 應(yīng)力腐蝕是在材料靜應(yīng)力腐蝕介質(zhì)系統(tǒng)中產(chǎn)生。經(jīng)歷腐蝕成核并形成裂紋，裂紋在靜載荷下隨持續(xù)時間而擴展，最后導(dǎo)致裂紋非穩(wěn)態(tài)擴展而結(jié)構(gòu)失效。意外損傷 外來物對飛機結(jié)構(gòu)相關(guān)部位的襲擊，擊中部位產(chǎn)生直接或間接的損傷，使

9、剩余強度降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，它是一種離散的隨機事件。包括：l 外來物擊傷，如雨水、冰雹、雷電、跑道碎石等；l 與機械設(shè)備撞傷，如登機門附近結(jié)構(gòu)與地面設(shè)備碰撞，貨艙門與卸貨設(shè)備碰撞等；l 加工制造及維修中的刀傷，印傷，刻傷，劃傷，維修中操作失當(dāng)或錯誤引起的意外損傷等；l 其它以外情況，如泄漏等。離散源損傷 也是一種意外損傷，屬離散的隨機事件，但其損傷尺寸大，涉及的范圍廣，而且有一定的范圍和方向性，包括：l 鳥撞；l 非包容發(fā)動機、風(fēng)扇葉片的損壞；l 非包容高能旋轉(zhuǎn)機械的損壞。 在主要采用損傷容限準(zhǔn)那么嚴(yán)格保證結(jié)構(gòu)平安性，滿足適航性條例的同時，必須在設(shè)計階段就對結(jié)構(gòu)的維修性、經(jīng)濟性給以充分的重視。

10、兩者的有效結(jié)合，是飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計到達新階段的標(biāo)志。第2節(jié) 設(shè)計類型1、兩個類型 損傷容限要求是按照不同結(jié)構(gòu)類型分別規(guī)定的, 結(jié)構(gòu)類型取決于設(shè)計概念和可檢查度。 按照損傷容限要求設(shè)計的結(jié)構(gòu)可分為兩大類，如圖7-2-1所示損傷容限要求緩慢裂紋擴展破損平安圖7-2-1 損傷容限結(jié)構(gòu)設(shè)計類型緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)被設(shè)計成初始損傷在使用環(huán)境下以穩(wěn)定的、緩慢的速率擴展，并且損傷尺寸不會擴大到引起快速不穩(wěn)定擴展。損傷容限平安性保證條件：損傷擴展保持低速率，保持有一定的剩余強度能力，對亞臨界擴展保證要么在場站級檢查就被查出；要么在幾倍設(shè)計壽命時間內(nèi)不會到達不穩(wěn)定擴展的尺寸。破損平安結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計成用破壞一條主傳力途

11、徑或用其它損傷抑制來平安地遏制正在擴展的損傷。損傷容限平安性保證條件：允許局部結(jié)構(gòu)破壞，在結(jié)構(gòu)全部損壞以前有發(fā)現(xiàn)這種損傷的能力，在檢查前有局部損傷的結(jié)構(gòu)仍具有平安工作的能力，并且在整個期間有規(guī)定的剩余強度。 l 破損平安多傳力途徑結(jié)構(gòu) 將本來可以設(shè)計成一體的結(jié)構(gòu)人為地分成假設(shè)干局部，其作用是將損傷控制在局部范圍內(nèi)，以防止在規(guī)定的檢修周期內(nèi)，在使用載荷/環(huán)境譜作用下結(jié)構(gòu)完全破壞，平安是通過殘存結(jié)構(gòu)中到后續(xù)的檢查之前的緩慢裂紋增長來保證的。l 破損平安止裂結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)通常由多個元件組成，其作用是使結(jié)構(gòu)在規(guī)定的檢修周期內(nèi)，在使用載荷/環(huán)境譜作用下，當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)的初始缺陷、裂紋或其它損傷擴展到完全破壞之前

12、，使不穩(wěn)定快速擴展的裂紋停止在事先設(shè)計的止裂區(qū)內(nèi)，例如停止在止裂桁條或鉚釘孔處，平安是通過剩余結(jié)構(gòu)的緩慢裂紋增長和在后續(xù)的檢查中覺察損傷來保證的。2、選擇方案l 單途徑傳力結(jié)構(gòu)無止裂特性的單途徑傳力結(jié)構(gòu)“整體結(jié)構(gòu)必須視為“緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)l 多傳力途徑結(jié)構(gòu)和有止裂特性的結(jié)構(gòu)或者規(guī)定為“緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)，或者在指定的可檢查度下規(guī)定為“破損平安結(jié)構(gòu) 多途徑傳力結(jié)構(gòu)可以視為“緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)的兩種理由：1) 難以滿足破損平安結(jié)構(gòu)局部要求2) 對“緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)進行分析減少復(fù)雜性 利用多傳力途徑和止裂措施的設(shè)計概念在適當(dāng)?shù)目蓹z查級別下可定為緩慢裂紋增長或破損平安結(jié)構(gòu)，單傳力途徑結(jié)構(gòu)沒有止裂措施時在適

13、當(dāng)?shù)目蓹z查級別下必須定為緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)。l 結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法可能與所選擇的設(shè)計類型不一致，一旦選定設(shè)計類型，結(jié)構(gòu)就必須滿足標(biāo)準(zhǔn)對這一類型的所有要求例7-2-1 靜不定結(jié)構(gòu)的識別圖7-2-2 耳片實例 在銷子連接的地方有多個耳片，當(dāng)耳片中的一個A疲勞或局部破壞，可允許載荷重新分布在其它完好的結(jié)構(gòu)上，局部靜不定通常是有利的，本例是一個很好的設(shè)計實踐。但這個接頭不能視為“破損平安多途徑傳力結(jié)構(gòu)，因為在典型的部位B發(fā)生損傷和擴展將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不能工作，保證這一結(jié)構(gòu)件平安的唯一方法就是將它視為“緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)。 識別一個結(jié)構(gòu)為破損平安結(jié)構(gòu)是一個需要判斷和分析的復(fù)雜過程，因此，常常不管結(jié)構(gòu)是什么形式都選用設(shè)

14、計類型為“緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)。第3節(jié) 檢查類型和檢查間隔 1、使用中檢查概要表7-3-1 使用中檢查概要檢查能力的等級檢測手段典型的檢查間隔飛行中明顯可檢如果飛行中發(fā)生損傷的性質(zhì)和程度導(dǎo)致飛行員能立即而無誤地覺察已經(jīng)發(fā)生了的嚴(yán)重的損傷，而且不能繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，結(jié)構(gòu)為飛行中明顯可檢1次飛行地面明顯可檢如果損傷的性質(zhì)和程度不需要對結(jié)構(gòu)損傷進行特殊的檢查，地勤人員就可以迅速無誤的判明，結(jié)構(gòu)為地面明顯可檢目視1天(2次飛行)巡回目視可檢如果損傷的性質(zhì)和程度不可能被進行結(jié)構(gòu)目視檢查人員被漏看，結(jié)構(gòu)為巡回可檢目視, 無需拆下壁板或窗口, 無需特殊的檢查工具10次飛行特殊目視可檢如果損傷的性質(zhì)和程度不大可能為尋

15、找損傷結(jié)構(gòu)而進行飛機詳細目視檢查人員所漏檢，結(jié)構(gòu)為特殊目視可檢包括拆下壁板或窗口, 并可以用簡單的助視器, 如反光鏡和放大鏡1年場站或基地級可檢如果損傷的性質(zhì)和程度需使用一種或更多種選定的無損檢驗方法才能被發(fā)覺，結(jié)構(gòu)為基地或場站級可檢包括無損檢驗技術(shù)，如滲透、X射線、 超聲波等，可達性可以包括可以拆下設(shè)計成可拆的那些部件四分之一設(shè)計使用壽命期使用中不可檢結(jié)構(gòu)如果損傷尺寸和可達性在上述的一項或更多項檢查中不可能被發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)為使用中不可檢一個設(shè)計使用壽命期2、設(shè)計類型的不同選擇 對于緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)和破損平安結(jié)構(gòu)的完整結(jié)構(gòu)，其損傷可供選擇的可檢查度只有后兩種。也就是，緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)有兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計

16、類型，即場站或基地級可檢結(jié)構(gòu)和使用中不可檢結(jié)構(gòu)。對于破損平安結(jié)構(gòu)，當(dāng)主傳力途徑破壞或快速失穩(wěn)擴展裂紋被止裂后，由于損傷尺寸較大，可能用更多的檢查方法檢出損傷，故對破損平安結(jié)構(gòu)的剩余結(jié)構(gòu)，可供選擇選擇的可檢查度為前5種。第4節(jié) 缺陷假設(shè)1、 檢測概率和置信度 初始裂紋尺寸出現(xiàn)的頻率檢查的門檻值 7-4-1 初始裂紋尺寸分布100%檢測概率檢測的門檻值所有裂紋被檢測到7-4-2無損檢測能力的鑒定l 發(fā)生頻率隨裂紋長度增大而發(fā)生較小較大小的變化，總體看，小的裂紋發(fā)生頻率大l 對于平安極限的預(yù)測，主要關(guān)心初始裂紋大于無損檢驗可檢測性極限l 驗證鑒定檢查裂紋的能力是否小于規(guī)定的無損檢驗極限檢測概率和置信

17、度對緩慢裂紋擴展類型分別取90%和95%；對破損平安類型分別取90%和50%。圖7-4-3合理選擇初始損傷尺寸示意圖兩種設(shè)計類型所規(guī)定的裂紋尺寸的差異，局部地根據(jù)無損檢驗的可靠性和局部地受到緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)要求到達高水平的損傷容限所支配。 破損平安類型規(guī)定與緩慢裂紋擴展類型規(guī)定的相同的檢測概率值，是由于無損檢測能力是不因類型而異的。由于破損平安類型的斷裂可容能力和要求在使用中可檢，所以它有理由接受一個較低的值50%。 這一規(guī)定在進一步研究后已經(jīng)放棄，美國航空系統(tǒng)部要求設(shè)計單位作這一改變，在美國飛機結(jié)構(gòu)通用標(biāo)準(zhǔn)中已做改變，國軍標(biāo)GJB776-89中亦將以上兩種初始裂紋值選得相同 2、初始裂紋尺寸

18、假定在裝配式結(jié)構(gòu)中存在的缺陷在尺寸上剛小于生產(chǎn)線上無損檢驗的最大不可檢缺陷。l 最小假定初始損傷尺寸最小類裂紋缺陷，用作分析結(jié)構(gòu)剩余強度和裂紋擴展的起點l 最小假定使用中損傷尺寸完成一次使用中檢查后假設(shè)在結(jié)構(gòu)中存在的最小損傷初始裂紋尺寸是用特定的裂紋形狀來規(guī)定，如孔邊的穿透裂紋或角裂紋、非孔邊的半橢圓外表裂紋或穿透裂紋。元件厚度小于或等于規(guī)定的角裂紋外表深度時，就假定它為穿透裂紋。圖7-4-4完整結(jié)構(gòu)初始缺陷假設(shè)示意圖l 緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)在孔邊，材料厚度 在非孔邊，材料厚度l 破損平安結(jié)構(gòu)在孔邊，材料厚度 在非孔邊，材料厚度表7-4-1 完整結(jié)構(gòu)初始缺陷假設(shè)主損傷(英寸/毫米)緩慢裂紋擴展破損

19、平安abCb/2l 1英寸=25.4mm, 0.05英寸=1.27mm(常取1.25mm), 0.02英寸=0.508mm(常取0.5mm), 0.125英寸=3.175mm(常取3.2mm), 0.25英寸=6.35mm(常取6.4mm)l3、連續(xù)損傷假設(shè) 因結(jié)構(gòu)不連續(xù)或元件破壞主裂紋終止時，應(yīng)考慮連續(xù)裂紋擴展假設(shè)： 當(dāng)緊固件孔出現(xiàn)主裂紋并擴展至構(gòu)件或元件破壞前終止時，從假設(shè)初始裂紋的緊固件孔直徑對面射出的0.005英寸(0.127mm)的四分之一圓角裂紋； 當(dāng)主裂紋由于構(gòu)件破壞而終止時，在剩余元件或結(jié)構(gòu)的最嚴(yán)重部位上假設(shè)半徑0.005英寸(0.127mm)的角裂紋或長為0.02英寸(0.5

20、08mm), 深為0.01英寸(0.254mm)的外表裂紋+(元件破壞以前發(fā)生的擴展量);當(dāng)從假設(shè)初始裂紋開始的裂紋擴展進入并終止在一緊固孔時, 從在主要損傷終止的緊固件孔的直徑對面射出()四分之一圓角裂紋+。圖7-4-5連續(xù)損傷示意圖 圖7-4-6由于零件破壞主損傷終止時, 假定的連續(xù)損傷類型的位置實例 圖7-4-6描述幾種可能的位置選擇，連續(xù)損傷在這些位置上，就假定桁條破壞后損傷發(fā)生。位置1假設(shè)是一個相鄰孔，裂紋在蒙皮上擴展，方向與蒙皮上的主裂紋相反。這樣一個情況最終產(chǎn)生沿著裂紋途徑逐步移動。這個損傷型式可能被假定存在于蒙皮的主損傷位置，即，長桁一旦發(fā)生破壞，沿孔的直徑方向的另一側(cè)是最合理

21、的。位置2位于蒙皮上并將提供一個和主裂紋連通的途徑。位置3位于一個平行長桁蒙皮連接孔處，并也有與主裂紋相連通的可能。4、剩余結(jié)構(gòu)損傷假設(shè) 主傳力途徑破壞時和破壞后，在其主要破壞部位的鄰近傳力途徑中，假設(shè)存在如下?lián)p傷： 多途徑傳力依賴結(jié)構(gòu)損傷假設(shè)：與完整結(jié)構(gòu)初始缺陷假設(shè)中“破損平安結(jié)構(gòu)的規(guī)定一樣，加上傳力途徑破壞以前發(fā)生的增長量； 多途徑傳力獨立結(jié)構(gòu)損傷假設(shè)：與連續(xù)損傷中“主裂紋由于構(gòu)件破壞而終止時的規(guī)定一樣，加上傳力途徑破壞以前發(fā)生的增長量。 l 多途徑傳力依賴結(jié)構(gòu)多途徑傳力非獨立結(jié)構(gòu) 如果從設(shè)計上，由于裝配或制造程序的性質(zhì)，在幾個鄰近傳力途徑中在一個位置上存在共同的開裂源，多途徑傳力結(jié)構(gòu)歸類

22、為依賴的。 如拼合受拉蒙皮，用共同緊固件共同鉆孔和裝配操作拼界接起來。l 多途徑傳力獨立結(jié)構(gòu) 如果從設(shè)計上，不可能在多于一個傳力途徑在一個位置上，由于裝配或制造程序存在共同的開裂源，多途徑傳力結(jié)構(gòu)歸類為獨立的。5、使用中檢查損傷假設(shè)最小假設(shè)使用中損傷為在完成一次使用中檢查后，結(jié)構(gòu)中應(yīng)假設(shè)存在最小損傷。1如果部件能從飛機上取下，并進行生產(chǎn)中同樣的無損檢查程序進行充分地檢查，最小假設(shè)損傷尺寸如前規(guī)定。2在不取下部件或緊固件進行滲透、磁粒或超聲等無損檢測技術(shù)的部位： 孔和切口處當(dāng)材料厚度等于或小于0.25英寸(6.35mm)時，從孔的一邊射出的有0.25英寸(6.35mm)的不遮擋長度的穿透裂紋；當(dāng)

23、材料厚度大于0.25英寸(6.35mm)時，初始裂紋應(yīng)為從孔的一邊射出的0.25英寸(6.35mm)的不遮蔽長度的四分之一圓角裂紋?？滓酝獾奈恢卯?dāng)材料厚度等于或小于0.25英寸(6.35mm)時，應(yīng)為0.5英寸(12.7mm)長的穿透裂紋；當(dāng)材料厚度大于0.25英寸(6.35mm)時，初始裂紋應(yīng)為長度等于0.5英寸(12.7mm)和深度等于0.25英寸(6.35mm)的半圓外表裂紋。 3) 在可達性容許接近目檢的部位，應(yīng)以有至少2英寸(50.8mm)不遮擋長度的張開的穿透裂紋為最小假設(shè)損傷尺寸。 4) 在可達性, 油漆, 密封或其它因素使接近目檢或采用諸如無損檢測不可能的地方, 緩慢裂紋擴展結(jié)

24、構(gòu)應(yīng)認(rèn)為不可檢, 而破損平安結(jié)構(gòu)應(yīng)認(rèn)為只對主要損傷(如一傳力途徑破壞或止裂的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu))為可檢。 圖7-4-7 使用中可檢結(jié)構(gòu)初始裂紋概要6、緊固孔初始質(zhì)量 作為評定軍用飛機上緊固件孔質(zhì)量的一種手段，曾進行過裂紋擴展實驗的回歸分析，結(jié)果說明，對緊固件孔初始質(zhì)量的估計可以用視在分析的初始缺陷來確定，因此，它的質(zhì)量等級可以用視在的初始缺陷尺寸來表示。 視在的初始裂紋越大，質(zhì)量越低。 假設(shè)結(jié)構(gòu)中任一個緊固件孔都可能是臨界合格孔，并且都假設(shè)可能存在一個0.005英寸0.127mm的角裂紋的初始損傷。 對緊固件孔進行回歸分析說明, 初始質(zhì)量可以用當(dāng)量初始裂紋來評定(圖7-4-8所示), 其當(dāng)量初始裂紋為

25、0.05的徑向角裂紋，因此，標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)結(jié)構(gòu)中任一緊固件孔都可能是臨界合格孔，都可能存在一條單邊的徑向角裂紋, 以此作為緊固件初始損傷假設(shè)的根底。圖7-4-8 緊固件初始質(zhì)量假設(shè) 在規(guī)定的初始裂紋假設(shè)中，有兩種不同類型的裂紋尺寸，一種是用各種無損檢測包括目視檢查能力確定的最小可檢裂紋尺寸；另一種是用顯微斷口反推技術(shù)等方法確定的當(dāng)量裂紋尺寸。前者主要用作計算未修使用期和進行裂紋擴展壽命分析的起點，以實現(xiàn)損傷容限的一個主要方面檢查保障平安；后者可作為對緊固件分析的根底，并構(gòu)成連續(xù)損傷、剩余結(jié)構(gòu)損傷假設(shè)的組成局部，其意圖代表材料、加工工藝實際可能產(chǎn)生的最差質(zhì)量。第5節(jié) 剩余強度要求1、根本概念圖7-5-

26、1 剩余強度圖l 剩余強度連續(xù)使用期間內(nèi)，任一時刻有效的靜強度值，其隨裂紋的增長而減小l 剩余強度要求用最小內(nèi)部元件載荷來規(guī)定的，這是飛機在有損傷存在并在未修使用的最小周期中不危及飛行平安和降低飛行性能下必須承受的載荷。取決于結(jié)構(gòu)的總可檢查度，并意圖表示飛機在規(guī)定的檢查間隔內(nèi)，或?qū)Σ豢蓹z結(jié)構(gòu)為一個設(shè)計壽命內(nèi)，可能遭遇的最大載荷。腳注XX為特定的可檢查度l 最低要求的剩余強度載荷在規(guī)定的最小未修使用周期內(nèi)，由于損傷的存在，飛機必須承受的不危及飛行平安或不降低飛機性能的最小內(nèi)部結(jié)構(gòu)載荷。由于剩余強度通常隨損傷尺寸的增加而下降，剩余強度和損傷擴展的要求與最大允許損傷尺寸相關(guān)，這種損傷尺寸的擴展限制是

27、通過要求的最小強度載荷來建立的。2、要求的剩余強度載荷表7-5-1 剩余強度載荷與檢查間隔放大倍數(shù)可檢查度典型檢查間隔放大倍數(shù)M飛機明顯可檢地面明顯可檢巡回可檢特殊可檢場站或基地級可檢不可檢1次飛行2次飛行一天10次飛行1年1/4個壽命期1個壽命期100100100502020 等于在M倍檢查間隔內(nèi)將出現(xiàn)一次的最大平均內(nèi)部元件載荷。3、放大倍數(shù)MM值的規(guī)定是根據(jù)使用經(jīng)驗的統(tǒng)計數(shù)據(jù)規(guī)定的，例如，對運輸機來說，將超越次數(shù)放大100倍，其載荷約增至1.5倍; 對戰(zhàn)斗機,從超越曲線導(dǎo)得的接近或超過限制載荷值是可能的,但由于飛行器和機組人員承受能力的限制，遠超過限制載荷值通常是沒有必要和沒有意義的。 圖

28、7-5-2 用于超越曲線的M因子推導(dǎo)方法4、動力效應(yīng) 對破損平安結(jié)構(gòu)，主要元件傳力途徑破壞時，其破壞前承受的載荷將分配給剩余結(jié)構(gòu)。在主要元件傳力途徑破壞的瞬間，由于動力效應(yīng)，剩余結(jié)構(gòu)分配到的載荷增量大于破壞前主傳力途徑所承受的載荷。剩余結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受的最小載荷等于動荷系數(shù)與傳力途徑破壞瞬間重新分配的載荷增量乘積加上傳力途徑破壞前的內(nèi)部元件載荷。在沒有分析或試驗數(shù)據(jù)的情況下，金屬結(jié)構(gòu)的動荷系數(shù)取1.15。第6節(jié) 平安損傷擴展要求的周期未修使用周期1、根本概念圖7-6-1 損傷擴展圖l 最小未修使用周期假定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了一定程度的損傷假定的初始損傷或使用中的損傷尚未進行修復(fù)而允許其擴展的這段時間期限。

29、平安擴展周期未修使用周期與飛行器的設(shè)計壽命要求或安排使用中間隔有關(guān) 平安擴展要求的周期規(guī)定用設(shè)計使用壽命時間或方案檢查間隔來表示。在未修使用的最小周期內(nèi)假設(shè)適當(dāng)水平的損傷假設(shè)初始的或使用中的保持未修并讓它在結(jié)構(gòu)內(nèi)增長。l 損傷尺寸擴展極限剩余強度水平不降低至要求的剩余強度水平時，初始損傷或使用中損傷允許擴展到的最大尺寸l 完整結(jié)構(gòu)即在一傳力途徑破壞前的結(jié)構(gòu)；殘存結(jié)構(gòu)在一個單傳力途徑失效后的結(jié)構(gòu)2、要求的未修使用周期l 緩慢裂紋擴展，不可檢結(jié)構(gòu)要求的周期為2倍設(shè)計壽命時間，系數(shù)2用于包含所有與使用期中裂紋擴展有關(guān)的不確定因素。l 緩慢裂紋擴展，場站級可檢結(jié)構(gòu)要求的周期為2倍的場站級檢查間隔，系數(shù)

30、2用于允許有一次漏檢，但在破壞前缺陷能被檢查出來并且修復(fù)。l 破損平安完整結(jié)構(gòu)如果為了發(fā)現(xiàn)損傷而必須使主傳力途徑破壞，那么要求的周期為1個設(shè)計壽命時間如能在主傳力途徑破壞前發(fā)現(xiàn)損傷，那么要求的周期為1個場站級檢查間隔 這項要求嚴(yán)格說并不是為了平安，而是借助這一要求預(yù)防多傳力途徑中有可能產(chǎn)生的耐久性問題，它危及飛機的使用效能l 破損平安殘存結(jié)構(gòu) 對于損傷為飛行明顯可檢結(jié)構(gòu)，這一周期為返回基地所需要的時間，系數(shù)取1損傷肯定查出 系數(shù)低是因為損傷大，易發(fā)現(xiàn)決定的 對于損傷為地面明顯可檢結(jié)構(gòu)，這一周期為2次飛行，系數(shù)取2允許1次漏檢 對于巡回檢查，510次飛行，檢查間隔系數(shù)取5任意一次檢查中，損傷不一

31、定查出 對于特殊目視檢查，21年，檢查間隔系數(shù)取2比巡回檢查更詳細，提高檢查的置信度 系數(shù)降為2是因為檢查置信度提高而決定的 對于場站級或基地級可檢21/4壽命期3、使用中可檢查結(jié)構(gòu)最小未修使用期表7-6-1 使用中可檢查結(jié)構(gòu)最小未修使用期破損平安類型殘存結(jié)構(gòu)可檢查度最小未修使用周期飛機明顯可檢地面明顯可檢巡回可檢特殊可檢場站或基地級可檢飛回基地2次飛行5倍檢查間隔2倍檢查間隔2倍檢查間隔第7節(jié) 損傷容限設(shè)計要求概括1、損傷容限設(shè)計類型相關(guān)圖 損傷容限結(jié)構(gòu)設(shè)計類型由設(shè)計概念和可檢查度確定，按照設(shè)計概念，可將結(jié)構(gòu)分為緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)和破損平安結(jié)構(gòu)兩種，破損平安結(jié)構(gòu)又可以進一步分為破損平安多途徑傳

32、力結(jié)構(gòu)和破損平安止裂結(jié)構(gòu)。損傷容限設(shè)計類型設(shè)計概念可檢查度緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)破損平安結(jié)構(gòu)破損平安多途徑傳力結(jié)構(gòu)破損平安止裂結(jié)構(gòu) 圖7-7-1 損傷容限設(shè)計類型相關(guān)圖2、需要評述的參數(shù) 對于每一個結(jié)構(gòu)，以下參數(shù)都是需要評述的：1） 設(shè)計類型設(shè)計人員選定2） 使用中可檢查等級限定檢查類型大綱選定3） 檢查間隔對各種類型的規(guī)定值在設(shè)計中使用，對一些特殊設(shè)計也可以根據(jù)單獨系統(tǒng)的需要改變4） 初始損傷使用中損傷和連續(xù)損傷假設(shè)規(guī)定值，經(jīng)過證明和論證允許更改5） 最低要求的剩余強度以檢查種類和檢查時間間隔規(guī)定的值不能任定6） 損傷尺寸擴展限制規(guī)定值7） 未修使用周期規(guī)定值8） 殘存結(jié)構(gòu)損傷尺寸規(guī)定值3、要求概

33、括表7-7-1 緩慢裂紋擴展結(jié)構(gòu)要求可檢查度平安裂紋擴展間隔剩余強度場站或基地級可檢1/2壽命在5倍壽命期中最大載荷不可檢2倍壽命在20倍壽命中最大載荷表7-7-2 破損平安結(jié)構(gòu)要求可檢查度完整結(jié)構(gòu)殘存結(jié)構(gòu)平安裂紋擴展間隔剩余強度平安裂紋擴展間隔剩余強度飛行中明顯可檢返回基地100次飛行中最大載荷地面明顯可檢1倍壽命20倍壽命期中最大載荷2次飛行200次飛行中最大載荷巡回可檢50次飛行1000次飛行中最大載荷特殊目視可檢2年50年中最大載荷場站或基地級可檢1/4壽命期5倍壽命期中最大載荷1/2壽命期5倍壽命期中最大載荷第8節(jié) 應(yīng)用舉例 1、破損平安結(jié)構(gòu) 下翼面蒙皮結(jié)構(gòu)，由多塊蒙皮和桁條組成，蒙

34、皮壁板由右向左排列為壁板、壁板、壁板，是主傳力結(jié)構(gòu)。每一個展向拼接處均有一主要連接長桁，結(jié)構(gòu)傳力途徑互不影響。 結(jié)構(gòu)由于能夠承受一個主傳力途徑或蒙皮壁板的破壞并仍能保持剩余強度及殘存結(jié)構(gòu)要求而可以被設(shè)計成破損平安結(jié)構(gòu)。 每一主傳力途徑必須滿足完整結(jié)構(gòu)要求，且主傳力結(jié)構(gòu)破壞后的剩余強度應(yīng)滿足主傳力途徑破壞時的剩余強度要求和主傳力途徑破壞后的裂紋擴展壽命和剩余強度要求。圖7-8-1 下翼面蒙皮結(jié)構(gòu) 例如，選定壁板為臨界傳力途徑完整結(jié)構(gòu)要求，必須獨立地對每一主傳力途徑進行校核。為了滿足破損平安多途徑傳力結(jié)構(gòu)要求。需要有一個使用中檢查方案，假定下翼面僅以巡回目視檢查在外場進行定期檢查，此檢查每10次飛

35、行進行一次。此外大約1/4設(shè)計壽命期，結(jié)構(gòu)進行一次場站或基地級檢查。 對于破損平安的結(jié)構(gòu)的完整結(jié)構(gòu)，可供選擇的可檢查度有兩種：使用中不可檢和場站或基地級可檢。l 使用中不可檢類型 主損傷為1.25mm的緊固件孔邊角裂紋, 由于蒙皮和長桁一起鉆孔, 故假定兩個元件上同時存在1.25mm的裂紋。其余孔假定典型制造孔質(zhì)量缺陷，即0.125mm的徑向角裂紋。 在進行分析時不必考慮相鄰主損傷間的相互影響，但必須考慮0.125mm角裂紋與主損傷之間的相互影響。 圖7-8-2 初始缺陷假設(shè)l 場站或基地級可檢查類型 假定檢查后禁固件孔的主損傷為無遮擋長度的的穿透裂紋檢查后使用中的缺陷假設(shè), 或孔邊角裂紋。蒙皮和長桁上的裂紋應(yīng)處于最不利的位置上。圖7-8-3 場站級檢查后的主損傷假設(shè)主傳力途徑完全破壞后的剩余結(jié)構(gòu)損傷，由于主損傷的長桁除外的其它部位為獨立結(jié)構(gòu)，故假設(shè)每一緊固孔都含有一個0.125mm的典型制造孔質(zhì)量缺陷+。圖7-8-4 主傳力途徑破壞后的主損傷假設(shè) 假定正常的檢查可以發(fā)現(xiàn)小于一條破壞的傳力途徑的損傷的情況，完整結(jié)構(gòu)的具體要求是在場站或基地級檢查后假定結(jié)構(gòu)存在如圖7-8-3所示的損傷，并且在下一次檢查之前該損傷不會導(dǎo)致主傳力途