《飞机疲劳强度计算》课件.ppt

飞机疲劳强度计算

飞机在承受重复载荷时，材料会发生疲劳累积。

疲劳强度计算对于确保飞机安全至关重要，因为它可以预测飞机在服役寿命内的疲劳损伤程度。

课程大纲

飞机疲劳强度概述

介绍疲劳强度概念、失效机理和影响因素。

疲劳强度评估方法

重点讲解荷载谱、材料性能、应力分析和损伤累积理论。

疲劳寿命预测

探讨裂纹扩展分析、结构健康监测、疲劳可靠性分析和设计优化方法。

实践案例分析

结合实际案例，讲解疲劳强度计算在飞机设计、制造和维修中的应用。

疲劳强度概述

疲劳强度是材料或结构在反复荷载作用下抵抗破坏的能力。

飞机在飞行过程中会承受各种荷载，如气动载荷、发动机推力、机身重量等。

这些荷载会造成飞机结构的反复应力，长期积累会导致疲劳损伤，甚至发生结构破坏。

疲劳强度评估的重要性

保证飞行安全

疲劳强度评估可以识别潜在的疲劳问题，预防结构失效，确保飞行安全。

延长飞机寿命

通过评估飞机结构的疲劳强度，可以预测其寿命，并制定维修计划，延长其使用寿命。

降低运营成本

及时发现和解决潜在的疲劳问题可以减少维修成本，提高运营效率。

提升结构可靠性

疲劳强度评估有助于提高飞机结构的可靠性，确保飞机的结构完整性。

飞机结构分析

机身结构

机身是飞机的主体结构，承受飞行载荷、乘客和货物重量，并提供乘客和货物空间。

机翼结构

机翼负责提供升力，使其能够飞行。结构包括机翼梁、蒙皮和肋骨。

尾翼结构

尾翼由水平尾翼和垂直尾翼组成，提供飞机的稳定性和控制能力。

起落架结构

起落架负责飞机在地面上的支撑和移动，由主起落架和前起落架组成。

荷载谱分析

1

循环载荷

机身、机翼、起落架等部件承受周期性载荷

2

载荷谱

模拟飞行过程中载荷变化

3

载荷频次

载荷大小和发生次数

4

载荷谱类型

飞行阶段、飞行任务类型

载荷谱分析至关重要，它是预测飞机疲劳寿命的基础。

通过分析飞机在整个生命周期中所经历的载荷，可以评估结构的疲劳损伤。

材料疲劳性能

疲劳强度

疲劳强度是指材料在交变载荷作用下抵抗破坏的能力。

疲劳强度是衡量材料耐疲劳性能的关键指标之一。

疲劳寿命

疲劳寿命是指材料在交变载荷作用下发生疲劳破坏所需循环次数。

疲劳寿命是评估材料耐疲劳性能的重要指标。

疲劳裂纹扩展

疲劳裂纹扩展是指材料在交变载荷作用下裂纹扩展的速度。

疲劳裂纹扩展速度是影响结构安全性的重要因素。

应力分析方法

1

有限元分析

将复杂结构划分为有限个单元，通过建立方程组求解每个单元的应力，再组合成整体的应力分布。

2

边界元分析

将问题边界划分成有限个单元，通过求解边界积分方程来获得边界上的应力，再将结果扩展到整个结构。

3

应力集中分析

关注结构中几何形状变化引起的局部应力集中现象，采用特殊的分析方法，例如塑性应力分析。

应力幅计算

应力幅

应力循环的平均值

应力范围

应力循环的最大值和最小值之差

应力比

应力循环的最小值与最大值之比

应力幅计算是疲劳强度分析的重要步骤。应力幅的大小直接影响疲劳寿命。

损伤累积理论

1

线性累积

帕尔格雷夫-明钦理论，应力幅值和循环次数影响损伤累积。

2

非线性累积

应力幅值、循环次数、载荷顺序和材料特性影响损伤累积。

3

疲劳裂纹扩展

损伤累积会导致裂纹扩展，最终导致结构失效。

疲劳寿命预测

1

应力-寿命法

基于应力幅和循环次数关系

2

损伤累积法

考虑载荷谱和材料特性

3

裂纹扩展法

模拟裂纹扩展过程

疲劳寿命预测是飞机设计和维护的重要环节。通过准确预测飞机结构的疲劳寿命，可以有效地防止疲劳失效，保证飞机安全运行。

裂纹传播分析

裂纹传播分析是疲劳强度计算中至关重要的环节。它通过模拟裂纹在结构中的生长过程，预测结构的剩余寿命。

裂纹传播分析需要考虑材料特性、应力状态、载荷谱等因素。常用的分析方法包括Paris定律、Walker定律等。

结构健康监测

实时监测

通过传感器实时采集飞机结构关键部位的应力、振动、温度等数据，并进行在线分析。

损伤识别

利用数据分析技术，识别飞机结构中的早期损伤，例如裂纹、腐蚀等，并评估其发展趋势。

疲劳可靠性分析

飞机疲劳可靠性分析是一个重要的步骤，以确保飞机结构在整个设计寿命内安全运行。

该分析通过评估结构在各种载荷条件下的疲劳寿命来确定飞机结构的可靠性。

可靠性分析包括计算疲劳寿命，预测裂纹扩展和评估结构健康状况。

疲劳鲁棒设计

提高结构抗疲劳性

设计过程中考虑疲劳因素，提高结构的抗疲劳能力，增强抗疲劳性能。

降低疲劳敏感度

减少结构的疲劳敏感部位，降低疲劳损伤的可能性。

改进维护方案

制定有效的维护策略，定期检测和维修，及时发现和处理潜在的疲劳损伤。

试验方法

疲劳试验

疲劳试验是模拟飞机在实际飞行中承受的循环载荷，评估其结构疲劳寿命的重要手段。

疲劳寿命试验

疲劳寿命试验通常采用加载控制或应变控制方式进行，通过不断施