第二部分飞机结构损伤容限分析

1、飞机强度计算方法飞机强度计算方法飞机结构损伤容限、耐久性分析飞机结构损伤容限、耐久性分析飞机结构损伤容限分析飞机结构损伤容限分析损伤容限设计概念损伤容限设计概念 指在规定的未经维修的使用阶段内，结构抵抗由指在规定的未经维修的使用阶段内，结构抵抗由于存在瑕疵、裂纹或损伤导致破坏的能力。于存在瑕疵、裂纹或损伤导致破坏的能力。 断裂力学断裂力学发生断裂失效的船体发生断裂失效的船体为什么？ 传统设计理论的局限分析：分析： 1 1 传统设计方法认为材料是均质，传统设计方法认为材料是均质，无缺陷的，各向同性的。无缺陷的，各向同性的。 2 2 在这个假设的前提下，对于塑性在这个假设的前提下，对于塑性材料破坏

2、之前必须先发生较大的塑性变形。材料破坏之前必须先发生较大的塑性变形。断裂力学的产生断裂力学的产生 实际情况是：对于较高强度的具有一定实际情况是：对于较高强度的具有一定缺陷的构件，往往发生了脆断，即断裂前缺陷的构件，往往发生了脆断，即断裂前没有发生较大的塑性变形。通过观察分析没有发生较大的塑性变形。通过观察分析可知，这些断裂是从局部裂纹扩展而成的。可知，这些断裂是从局部裂纹扩展而成的。 判据：判据： 不适用于评判带有裂不适用于评判带有裂纹的构件，为了解决这个问题，断裂力学纹的构件，为了解决这个问题，断裂力学(fracture mechanics)(fracture mechanics)产生了。产

3、生了。 断裂力学理论在安全评定中的应用：断裂力学理论在安全评定中的应用：应用于宇航、机械、化工、地质诸方面应用于宇航、机械、化工、地质诸方面主要解决：主要解决： 裂纹尺寸多大时会发生断裂（破坏）？裂纹尺寸多大时会发生断裂（破坏）？ 从小裂纹发展到临界裂纹需要多长时间？从小裂纹发展到临界裂纹需要多长时间？ 对裂纹的应对措施；对裂纹的应对措施；1.1. 对材料性能的全面认识，注意到韧性的对材料性能的全面认识，注意到韧性的作用。作用。 断裂力学基础断裂力学基础1 裂纹尖端附近的应力和位移场裂纹尖端附近的应力和位移场2 2剩余寿命计算（裂纹扩展寿命计算）剩余寿命计算（裂纹扩展寿命计算）1.1 裂纹的类

4、型1.2 张开型裂纹尖端附近的应力和位移1.3 应力强度因子1 裂纹尖端附近的应力和位移场裂纹尖端附近的应力和位移场断裂力学基础断裂力学基础1.1 裂纹的类型中心裂纹中心裂纹 WB 边裂纹边裂纹 表面裂纹表面裂纹2ct 按裂纹的几何特征分类断裂力学基础断裂力学基础按裂纹的力学特征分类1.1 裂纹的类型 zxy yz zxy yz z断裂力学基础断裂力学基础1.2 张开型3cos1 sinsin2222IxKr3cos1 sinsin2222IyKr23cos2cos2sin2rKIxy0 xzyz()zxy 0z平面应变平面应力断裂力学基础断裂力学基础1.2 张开型122(1)321 cosc

5、os4222IKrukE 122(1)321 sinsin4222IKrvkE ()xywdzE 0w 平面应变平面应力3431kIKa 平面应变平面应力KI称为应力强度因子，对于无限大板中心裂纹、受双轴拉应力的情况为KKa 断裂力学基础断裂力学基础1.3 应力强度因子应力强度因子可定义如下应力强度因子可定义如下000000lim2lim2lim2yrxyrxzrKrKrKr 一般可通过解析法、数值法或叠加法，典型的应力强一般可通过解析法、数值法或叠加法，典型的应力强度因子可以从手册中查到。度因子可以从手册中查到。KYa断裂力学基础断裂力学基础1.3 应力强度因子裂端正前方： 裂纹表面： 0,

6、22, 0 xyIyIxrKrK，0, 00,xyyx， ( )( )2IIIijijKfr ( )( )IIiIiruKg裂纹尖端附近的应力和应变场，可以简写成如下形式断裂力学基础断裂力学基础1.3 应力强度因子 ( )( )2IIIijijKfr应力场公式的特点：1）在裂纹尖端，即r0处，应力趋于无穷大，应力在裂纹尖端出现奇异性。2）应力强度因子KI在裂纹尖端是有限量。3）裂纹尖端附近区域的应力分布是r和的函数，与无穷远处的应力和裂纹长度无关。KYa断裂力学基础断裂力学基础1.3 应力强度因子 可以看出，用应力作为参量来建立如传统的强度条件失去了意义。但应力强度因子是有限量，它不代表某一点

7、的应力，而是表征裂端应力应变场强度的参量。所以K可作为参量建立破坏条件是恰当的。 强调：因K由线弹性理论推出，所以一般只适用于线弹性材料的断裂。由此建立起来的理论称为线弹性断裂力学。断裂力学基础断裂力学基础以应力强度因子表示的裂纹失稳扩展的临界条件为IICKK称为脆性断裂的K准则，它表示裂纹尖端的应力强度因子KI达到某一临界值KIC时，裂纹将失稳扩展。式中，KIC和GIC类似，是材料常数，称为材料的断裂韧度。断裂力学基础断裂力学基础1.3 应力强度因子IICKaK 得ICCKa22ICCKa2 2 剩余寿命计算（裂纹扩展剩余寿命计算（裂纹扩展寿命计算）寿命计算）ndaCKdNParis公式Forman公式(1)mCCKdadNR KK算例已知100MPa0242amm1032 10()dNKda 225camm估算裂纹扩展寿命。0001033310322331122031032()2 10()12 10()13(1) 2 10()28600cccaanaaaacdadaNCKKdaaaa Ka 题目：飞机结构疲劳与断裂分析发展综述题目：飞机结构疲劳与断裂分析发展综述大纲：大纲：1 1、目的和意义；、目的和意义；2 2、目前的研究方法；、目前的研究方法；3 3、未来发展方向。、未来发展方向。要求：要求：1