典型金属铆接结构非共线多裂纹疲劳特性研究

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广布疲劳损伤评估在运输类飞机结构设计和老龄飞机适航审定中受到高度重视。对飞机疲劳敏感结构进行损伤容限分析,以制定合理的维修任务,保障飞机持续适航性。因此,对多点损伤结构的疲劳断裂性能进行评估为飞机结构完整性分析提供参考。
  首先,本文利用试验法分析非共线多裂纹有限尺寸空孔板疲劳特性。通过改变孔间距和孔径来分析其对多裂纹疲劳裂纹扩展寿命和剩余强度的影响,并分析相邻裂纹布局对裂纹扩展路径的影响。结果表明Ι型裂纹不再是自相似扩展,且裂纹扩展寿命和剩余强度与孔间距成正比关系,与孔径成反比关系。
  其次,多点损伤因其裂间干涉等复杂性使得应力强度因子理论分析很难进行,本文采用相互作用积分法计算多裂纹有限尺寸空孔板结构的应力强度因子。多裂纹有限尺寸空孔板,对于给定长度裂纹在不同初始裂纹倾斜角情况下分析应力强度因子随裂纹倾斜角的变化趋势,得出结构整体裂纹扩展速率并结合Pairs公式预测结构疲劳裂纹扩展寿命,并与试验结果进行对比。
  最后,选取典型的机身蒙皮挖补修理结构,基于刚度法对挖补修理铆接结构进行细节应力分析,在此基础上预测挖补修理结构裂纹扩展寿命。通过对挖补修理结构基于多点损伤的损伤容限分析为解决结构修理和改装可能带来的疲劳问题和保障老龄飞机持续适航提供一定参考。
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