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飞机结构疲劳强度与断裂分析

一、疲劳的基本概念

（一）、疲劳破坏的特征

1、在交变的工作应力远小于材料的强度极限，甚至比屈服极限还

小的情况下，破坏就可以发生。

2、疲劳破坏是一个累积损伤的过程，要经过一定的时间历程在交

变应力多次循环之后才突然发生。

3、疲劳破坏时没有明显的塑性变形。即使塑性较好的材料，破坏

时也象脆性材料那样，只有很小的塑性变形。因此，疲劳破坏事前不

易察觉。

4、疲劳破坏的断口有明显的特征，总是呈现两个不同的区域，一

个是比较光滑的区域，叫做疲劳区，内有弧形线条，叫做疲劳线；另

一个是比较糙的区域，叫做瞬时断裂区。此区域内没有疲劳线。

（二）、疲劳破坏的原因

疲劳破坏的原因

内因：构件外形尺寸的突变或材料内部有缺陷

外因：构件要承受有交变载荷（或交变应力）

在交变应力长期作用下，在构件外形突变处，或材料有缺陷处出

现应力集中，逐步形成了非常细微的裂纹（即疲劳源），在裂纹尖端

产生严重的应力集中，促使裂纹逐渐扩展，构件截面不断削弱。当裂

纹扩展到一定程度，在偶然的超载冲击下，构件就会沿削弱了的截面

发生突然断裂。

二、飞机结构承受的交变载荷

（一）、飞机结构承受的疲劳载荷

1.机动载荷

它是由于飞机在机动飞行中，过载的大小和方向不断改变而使飞

机承受的气动交变载荷。机动载荷用飞机过载的大小和次数来表示。

2.突风载荷

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它是由于飞机在不稳定气流中飞行时，受到不同方向和不同强度

的突风作用而使飞机承受的气动交变载荷。

3.地－空－地循环载荷

飞机在地面停放或在地面滑行时，机翼在本身重量和设备重量作

用下，承受向下的弯矩，但飞机离地起飞后，机翼在升力作用下，承

受向上的弯矩。这种起落一次交变一次的载荷，称为地－空－地循环

载荷。这是一种时间长、幅值大的载荷。

4.着陆撞击载荷

它是由于飞机着陆接地后，起落架的弹性引起飞机颠簸加到飞机

上的重复载荷。

5.地面滑行载荷

它是由于飞机在地面滑行时因跑道不平引起颠簸，或由于刹车、

转弯、牵引等地面操纵而加到飞机上的重复载荷。

6.座舱增压载荷

这是由于座舱增压和卸压，而加给座舱周围构件的重复载荷。

在以上几种疲劳载荷中，对歼击机影响最大的是机动载荷、着陆

撞击载荷和地面滑行载荷。

（二）、交变应力

在上述交变载荷作用下，构件内部的应力也将是周期性变化的

“交变应力”。

当交变应力规则地变化时，可以用正弦波形表示应力随时间变化

的情况。由图可见，交变应力在两个极值之间作用周期性的变化。这

两个极值中大的一个叫做“最大应力”，小的一个叫做“最小应力”。

交变应力每作一个周期性变化，叫做“应力循环”。为了说明交

变应力的变化规律，通常用最小应力和最大应力的比值来表示，即：，

这个比值叫“循环特征”（或“应力比”）。

在每一个循环中，当最大应力和最小应力相等而符号相反时，这

样一种应力循环叫“对称循环”。当应力变化是时有时无，即从零到

最大值，又从最大值至零，这种最小值为零的应力叫做“脉动循环”。

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