损伤容限技术

民用飞机损伤容限技术

（FAA专家Swift 在华培训班讲课摘录）

1． 损伤容限评定主要目标

（1）对强度、细节设计和制造的评定必须表明，飞机在整个使用寿命期间将避免由于疲劳、腐蚀、制造缺陷或意外损伤引起的灾难性破坏；

（2） 新研制的飞机，必须进行损伤容限评定；此后更改的老机，更改部分也必须进行损伤容限评定；

（3） 损伤容限评定的主要目标：

a. 裂纹增长和剩余强度分析；

b. 检测。

2． 损伤容限要求的主要更改

（1）剩余强度载荷为100%限制载荷；取消了动强度因子。

（2）结构必须是损伤容限的，除非是无法实施。

（3）检查必须依据谱载作用下裂纹增长速率来确定。

（4）必须考虑广布疲劳损伤的情况：

a. 多条小裂纹的独立增长，即便每一条都小于可检长度，有可能突然连接起

来形成单个临界裂纹；

b. 先前的疲劳暴露产生的次结构件上的裂纹，由于主结构上的破坏而引起载

荷的重新分布；

c. 多传力路径结构中，有相近应力水平的独立元件，可能发生同时破坏。3． 试验支持的分析评估（略）

4． 评定临界部位的选择准则

飞机在外场主要靠目视检查，一架大型飞机的检查面积约15,000 in2,关键部位一般约150个。A320的关键部位有500个，B767则仅有27个。

（1）受拉或剪的元件；

（2）低静强度裕度部位；

（3）高应力集中处；

（4）高载传递处；

（5）当主元件破坏后，次元件出现高应力处；

（6）有高裂纹扩展率的材料；

（7）易受偶然性损伤的部位；

（8）部件试验结果；

（9）全尺寸试验结果。

5． 损伤容限评定的任务

（1）确定飞机用途。

（2）编制重心过载谱。

（3）选择评定的临界部位。

（4）建立每一部位的环境条件。

（5）建立每一部位的裂纹增长速率数据。

（6）确定基本的裂纹增长分析方法。

（7）得到每一材料和几何的断裂韧性数据。

（8）确定每一部位在限制载荷下损伤的最大尺寸。

（9）确定剩余强度分析方法。

（10）确定每一部位的结构等级。

（11）绘制每一部位的裂纹增长曲线。

（12）召集使用、制造和适航部门的会议。

（13）正确地确定检查方法和与经济性一致的检测频度。

6． 结构等级

（1）安全寿命；

（2）单传力路径——损伤容限；

（3）多传力路径——外部可检；

（4）多传力路径——较小载荷元件破坏不可检；

（5）多传力路径——较小载荷元件破坏可检。

7． 单传力路径结构—安全寿命 （如起落架和发动机架）

（1）仅用于被证明损伤容限不能实行的结构。

（2）要求试验证明。

（3）散布系数要求：欧洲起落架分散系统取5，俄国取7.2，FAA取3。

8． 单传力路径结构 （如机翼翼盒的整体壁板）

（1）如翼盒下壁采用整体机加的7178—T6壁板(A)，当蒙皮温度-65度时，其临界裂纹长度仅0.3”（应力3ksi），这样的裂纹认为是不可检的。因此，这种结构不能认为是损伤容限结构，这种结构是不允许的；

（2）如翼盒下壁采用整体机加的2024—T3壁板(B)，在限制载荷下其临界裂纹长度为16”。在裂纹可检并达到临界裂纹之前，有充分的检测周期。因此，这种结构可认为是损伤容限结构。这种结构是允许的，但不推荐。如果采用，必须证明：损伤在使用中是可检的（主要是目检）。FAA要求，这种结构的安全裂纹扩展周期应除以散布系数3；

（3）7000系材料有较高的裂纹扩展速率，且这种材料不能喷丸强化，因为对大宽度（60”），在低温下，其断裂韧性Kc与未喷丸的相同。

9. 多传力路径结构—外部可检的损伤容限结构（如7075—T6长桁和2024—T3

蒙皮组成的翼盒下壁板,（D））

（1）断裂的7075—T6（Kc=82ksi√in)长桁外部不可检，滞后一定周期，蒙皮上将出现裂纹。由于2024—T3（Kc=120ksi√in）有较慢的裂纹扩展速率，在达到临界裂纹之前，有足够的安全周期可从外部检查到。FAA要求，这种结构的安全裂纹扩展周期应除以散布系数2。

（2）这种结构是推荐的，并得到广泛应用。

（B ）

（A ） （D ）

（C ）

10. 多传力路径结构—较小承载元件破坏可检的三块整体壁板组成的机翼下壁

板（C）

（1） 这种结构是允许使用的，但是主结构上的裂纹在外场必须是可检的。

（2） 壁板不应采用搭接，因为装配时某一连接孔制孔的缺陷，可能发生在两块

壁板上，从而导致两块壁板同时开裂，降低飞机的安全性。

（3） 壁板应采用带板对接，某一连接孔制孔的缺陷，只会发生在一块壁板与带

板上，不会导致两块壁板在一处同时开裂。

11. 多传力路径结构—比破坏了的传力元件载荷较小的元件的破坏是不可检的

（1） 不分解结构，要检查主结构件的裂纹是很困难的。因此，主结构上的裂纹

可能超越临界裂纹。

（2） 主结构件完全破坏后，结构是可检的。

（3） 检查周期取决于次结构件的寿命。

12. 不能实施裂纹增长分析部位的结构损伤容限的证实 （如螺栓连接）

（1） 螺栓连接的损伤容限通过试验证实；

（2） 作用F 载荷到取下了一个螺栓的其余完好的螺栓上，完成试验直至破坏。

（3） F=散布系数，假定95%可靠性、95%的存活率。

（4） 检查要求的频度等于次级螺栓寿命除以F 。

（5） 检查依据发现破坏的螺栓。

13. 壁板中的加强件与止裂元件

（1） 机身壁板中的加强构件，主要提供静强度，有时也作为蒙皮的止裂元件。

（2） 蒙皮开裂后，其载荷要转移到长桁或框，转移量与铆钉连接刚度关系很大。

开裂处，第一个铆钉受力很大，其强度将影响壁板的剩余强度。

（3） 一般遵循“双跨准则”，即裂纹可能源自某一长桁、蒙皮连接订孔，而扩

展至旁边长桁或框上。