现代飞机结构设计基础
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疲劳寿命： 3)应用累积损伤理论，计算整个载荷谐的疲劳损伤，进而获
得构件的安全寿命．
第四章 现代飞机结构设计基础
4．4 损伤容限设计方法
损伤容限是指结构在规定的未修使用周期内，抵抗由缺陷、 裂纹或其他损伤而基 导致破坏的能力。简言之，就是指飞机结 构中初始缺陷及其飞机在使用中缺陷发展的允许程度。
安全寿命设计只考虑裂纹形成寿命，不考虑裂纹扩展寿命
1.基本要素
(1)临界裂纹尺寸或剩余强度 (2)裂纹扩展 (3)损伤检查
第四章 现代飞机结构设计基础
4．4 损伤容限设计方法
2.损伤容限结构
对危及飞机机体安全的主要结构，应采用损伤容限设计。损伤 容限设计的结构应该是破损安全结构或缓慢裂纹扩展结构， 或者这两种类型的组合。
改善水平尾翼气动弹性的配重 （防止颤振过早出现）
第四章 现代飞机结构设计基础
4．2 气动弹性及刚度设计
颤振
(1)副翼弯曲颤振
全机颤振 气动弹性设计涉及学科：结构分析 流固耦合 结构动力学
第四章 现代飞机结构设计基础
4．3 安全寿命设计方法
《疲劳与断裂》，以金属为主，复杂应力下的复合材料也 需要考虑疲劳问题
以经济性维修为最终结构使用 寿命的控制目标，企图在超过 1倍设计寿命后，寻找一个时 间点，作为飞机结构的最终寿 命
以结构细节处微裂纹群的疲劳 演化为控制设计的起始点，可 以取代安全寿命设计
第四章 现代飞机结构设计基础
4．6 可靠性设计的基本概念与方法
一个产品在规定条件下和规定时间内规定功能的概率就称为 该产品的可靠度。
4．4 损伤容限设计方法
2.损伤容限结构 (2)结构设计类型
2)破损安全止裂结构
• 采用止裂措施
破损安全止裂结构实例
百度文库
第四章 现代飞机结构设计基础
4．4 损伤容限设计方法
2.损伤容限结构 (2)结构设计类型
损伤容限设计实例
第四章 现代飞机结构设计基础
4.5 耐久性设计方法
耐久性设计概念是针对飞机研制成本、生产成本以及使用维 护费用的急剧增加而提出的。综合现代分析理论及设计方法， 以要求更细致的细节量化控制设计、生产以及维修的全过程， 特别以经济性为重要依据来控制飞机使用的最经济寿命。
作为飞机结构的可靠性问题，可以理解为：“结构在规定的 使用载荷／环境作用下及规定的时间内，为防止各种失效或 有碍正常工作功能的损伤，应保持其必要的强刚度、抗疲劳 断裂以及耐久性能力” 。可靠度则应是这种能力的概率度量。
例如：结构元件或结构系统的静强度可靠性是指结构元件或 结构系统的强度大于工作应力的概率；结构安全寿命的可靠 性是指结构的裂纹形成寿命小于使用寿命的概率；结构的损 伤容限可靠性则一方面指结构剩余强度大于工作应力的概率， 另一方面指结构在规定的未修使用期间内，裂纹扩展小于裂 纹容限的概率．
li
0.9KE
(b
/
)
i
l ,avg
b1t1l1 b2t2l2
b1t1 b2t2
bntn ln
bntn
biti li
biti
第四章 现代飞机结构设计基础
4.1 静强度、稳定性设计 二、稳定性设计 2．蒙皮、腹板类构件的失稳
利 用 失 稳 吸 能
B52在地面时的蒙皮褶皱
第四章 现代飞机结构设计基础
4.1 静强度、稳定性设计
一、静强度设计
通常飞机结构静强度设计采用设计载荷法，即取安全系 数，乘上使用载荷即为设计载荷．一般安全系数取1.5， 有时视情况还需乘上附加安全系数。
Pd fPe
Pu Pd
Pd 设计载荷 Pe 使用载荷
（同种工况取最大值）
Pu 极限载荷
其它可靠度度量方法：
结构的失效概率F(t)，指结构在t时刻之前破坏的概率；失效率 λ(t)，指在t时刻以前未发生破坏的条件下，在t时刻的条件破坏 概率密度；平均无故障时间MTTF(Mean Time To Failure)，指 从开始使用到发生故障的工作时间的期望值。
[ ] d
[ ] 极限应力 d 设计载荷下应力
第四章 现代飞机结构设计基础
4.1 静强度、稳定性设计
二、稳定性设计 1.桁条、缘条类型材失稳
总体失稳——欧拉杆
Pcr
C 2EI
l2
第四章 现代飞机结构设计基础
4.1 静强度、稳定性设计 二、稳定性设计
1.桁条、缘条类型材失稳
薄壁型材局部失稳
疲劳性能的若干影响因素
(1)疲劳载荷特征的影响 (2)应力集中的影响 (3)尺寸效应 (4)表面加工的影响 (5)其他影响因素
• 温度、噪声环境、腐蚀
三、安全寿命估算方法
设计使用载荷谱，应力谱 1)由工程方法或数值分析方法计算构件危险部位的应力应变
范围： 2)由应力应变范围根据材料疲劳性能数据、曲线获得对应的
第四章 现代飞机结构设计基础
4．2 气动弹性及刚度设计
1．机翼的扭转扩大
2.副翼反效
大展弦比后掠机翼较严重
翼尖扭转 刚度小
第四章 现代飞机结构设计基础
4．2 气动弹性及刚度设计
前、后掠翼区别
后掠机翼对防止扭转扩大有利，前掠机翼则相反． 故后掠机翼一般主要考虑防止副翼反效亚音速飞机的大展
按可检测性分类
飞行明显可检结构，地面明显可检结构，目视可检结构，特 殊目视可检结构，翻修级或基地级可检结构，使用中不可检 结构。
第四章 现代飞机结构设计基础
4．4 损伤容限设计方法
2.损伤容限结构 (2)结构设计类型
1)缓慢裂纹扩展结构。
多重传力路径结构实例
多重元件构件实例
第四章 现代飞机结构设计基础
第四章 现代飞机结构设计基础
4.1 静强度、稳定性设计 静强度、稳定性设计同属结构的静力学设计问题，即主要 关心工程上结构元件材料本身的最大承载能力(或称抗力、 强度)及结构元件内力平衡形态发生变化时引起的结构承载 能力下降，即出现屈曲变形形态问题。
前者考虑结构元件上局部点的工作应力是否有大于其强度 极限的危险，问题的分析相对简单一些；而后者则需要关 心结构的材质、构型、约束以及载荷形式等
弦比直机翼则两方面都需要考虑。 亚音速前掠机翼一般不需考虑副翼反效，而着重考虑防止
扭转扩大．
第四章 现代飞机结构设计基础
4．2 气动弹性及刚度设计
刚心前移，提高机翼抗扭刚度
第四章 现代飞机结构设计基础
4．2 气动弹性及刚度设计
3.颤振
(1)机翼弯扭颤振
措施：尽量使翼剖面重心 前移，可加适当的配重
得构件的安全寿命．
第四章 现代飞机结构设计基础
4．4 损伤容限设计方法
损伤容限是指结构在规定的未修使用周期内，抵抗由缺陷、 裂纹或其他损伤而基 导致破坏的能力。简言之，就是指飞机结 构中初始缺陷及其飞机在使用中缺陷发展的允许程度。
安全寿命设计只考虑裂纹形成寿命，不考虑裂纹扩展寿命
1.基本要素
(1)临界裂纹尺寸或剩余强度 (2)裂纹扩展 (3)损伤检查
第四章 现代飞机结构设计基础
4．4 损伤容限设计方法
2.损伤容限结构
对危及飞机机体安全的主要结构，应采用损伤容限设计。损伤 容限设计的结构应该是破损安全结构或缓慢裂纹扩展结构， 或者这两种类型的组合。
改善水平尾翼气动弹性的配重 （防止颤振过早出现）
第四章 现代飞机结构设计基础
4．2 气动弹性及刚度设计
颤振
(1)副翼弯曲颤振
全机颤振 气动弹性设计涉及学科：结构分析 流固耦合 结构动力学
第四章 现代飞机结构设计基础
4．3 安全寿命设计方法
《疲劳与断裂》，以金属为主，复杂应力下的复合材料也 需要考虑疲劳问题
以经济性维修为最终结构使用 寿命的控制目标，企图在超过 1倍设计寿命后，寻找一个时 间点，作为飞机结构的最终寿 命
以结构细节处微裂纹群的疲劳 演化为控制设计的起始点，可 以取代安全寿命设计
第四章 现代飞机结构设计基础
4．6 可靠性设计的基本概念与方法
一个产品在规定条件下和规定时间内规定功能的概率就称为 该产品的可靠度。
4．4 损伤容限设计方法
2.损伤容限结构 (2)结构设计类型
2)破损安全止裂结构
• 采用止裂措施
破损安全止裂结构实例
百度文库
第四章 现代飞机结构设计基础
4．4 损伤容限设计方法
2.损伤容限结构 (2)结构设计类型
损伤容限设计实例
第四章 现代飞机结构设计基础
4.5 耐久性设计方法
耐久性设计概念是针对飞机研制成本、生产成本以及使用维 护费用的急剧增加而提出的。综合现代分析理论及设计方法， 以要求更细致的细节量化控制设计、生产以及维修的全过程， 特别以经济性为重要依据来控制飞机使用的最经济寿命。
作为飞机结构的可靠性问题，可以理解为：“结构在规定的 使用载荷／环境作用下及规定的时间内，为防止各种失效或 有碍正常工作功能的损伤，应保持其必要的强刚度、抗疲劳 断裂以及耐久性能力” 。可靠度则应是这种能力的概率度量。
例如：结构元件或结构系统的静强度可靠性是指结构元件或 结构系统的强度大于工作应力的概率；结构安全寿命的可靠 性是指结构的裂纹形成寿命小于使用寿命的概率；结构的损 伤容限可靠性则一方面指结构剩余强度大于工作应力的概率， 另一方面指结构在规定的未修使用期间内，裂纹扩展小于裂 纹容限的概率．
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第四章 现代飞机结构设计基础
4.1 静强度、稳定性设计 二、稳定性设计 2．蒙皮、腹板类构件的失稳
利 用 失 稳 吸 能
B52在地面时的蒙皮褶皱
第四章 现代飞机结构设计基础
4.1 静强度、稳定性设计
一、静强度设计
通常飞机结构静强度设计采用设计载荷法，即取安全系 数，乘上使用载荷即为设计载荷．一般安全系数取1.5， 有时视情况还需乘上附加安全系数。
Pd fPe
Pu Pd
Pd 设计载荷 Pe 使用载荷
（同种工况取最大值）
Pu 极限载荷
其它可靠度度量方法：
结构的失效概率F(t)，指结构在t时刻之前破坏的概率；失效率 λ(t)，指在t时刻以前未发生破坏的条件下，在t时刻的条件破坏 概率密度；平均无故障时间MTTF(Mean Time To Failure)，指 从开始使用到发生故障的工作时间的期望值。
[ ] d
[ ] 极限应力 d 设计载荷下应力
第四章 现代飞机结构设计基础
4.1 静强度、稳定性设计
二、稳定性设计 1.桁条、缘条类型材失稳
总体失稳——欧拉杆
Pcr
C 2EI
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第四章 现代飞机结构设计基础
4.1 静强度、稳定性设计 二、稳定性设计
1.桁条、缘条类型材失稳
薄壁型材局部失稳
疲劳性能的若干影响因素
(1)疲劳载荷特征的影响 (2)应力集中的影响 (3)尺寸效应 (4)表面加工的影响 (5)其他影响因素
• 温度、噪声环境、腐蚀
三、安全寿命估算方法
设计使用载荷谱，应力谱 1)由工程方法或数值分析方法计算构件危险部位的应力应变
范围： 2)由应力应变范围根据材料疲劳性能数据、曲线获得对应的
第四章 现代飞机结构设计基础
4．2 气动弹性及刚度设计
1．机翼的扭转扩大
2.副翼反效
大展弦比后掠机翼较严重
翼尖扭转 刚度小
第四章 现代飞机结构设计基础
4．2 气动弹性及刚度设计
前、后掠翼区别
后掠机翼对防止扭转扩大有利，前掠机翼则相反． 故后掠机翼一般主要考虑防止副翼反效亚音速飞机的大展
按可检测性分类
飞行明显可检结构，地面明显可检结构，目视可检结构，特 殊目视可检结构，翻修级或基地级可检结构，使用中不可检 结构。
第四章 现代飞机结构设计基础
4．4 损伤容限设计方法
2.损伤容限结构 (2)结构设计类型
1)缓慢裂纹扩展结构。
多重传力路径结构实例
多重元件构件实例
第四章 现代飞机结构设计基础
第四章 现代飞机结构设计基础
4.1 静强度、稳定性设计 静强度、稳定性设计同属结构的静力学设计问题，即主要 关心工程上结构元件材料本身的最大承载能力(或称抗力、 强度)及结构元件内力平衡形态发生变化时引起的结构承载 能力下降，即出现屈曲变形形态问题。
前者考虑结构元件上局部点的工作应力是否有大于其强度 极限的危险，问题的分析相对简单一些；而后者则需要关 心结构的材质、构型、约束以及载荷形式等
弦比直机翼则两方面都需要考虑。 亚音速前掠机翼一般不需考虑副翼反效，而着重考虑防止
扭转扩大．
第四章 现代飞机结构设计基础
4．2 气动弹性及刚度设计
刚心前移，提高机翼抗扭刚度
第四章 现代飞机结构设计基础
4．2 气动弹性及刚度设计
3.颤振
(1)机翼弯扭颤振
措施：尽量使翼剖面重心 前移，可加适当的配重