(完整版)第七章损伤容限要求-2009汇总

第七章损伤容限设计要求

第1节概述

1、设计思想的转变

飞机结构安全性的要求, 主要依赖于结构的损伤容限设计技术。

损伤容限设计成为保证结构安全、防止发生灾难性破坏事故的重要设计原则和方法。

损伤容限是在“安全寿命”和“破损—安全”之后发展起来的一项工程技术。它是以断裂力学为基础，以保证结构安全为目标，以损伤检查为手段。涉及结构设计、载荷、强度、材料、工艺、试验质量控制、使用维修和组织管理各环节的系统工程。在各环节中的重要改变对传统理论和方法是一

个巨大的冲击和革新。表现在：

(1) 设计思想承认损伤不可避免, 不断发展新的设计准则；

(2) 结构提出新的结构设计概念, 进行结构分类, 完善结构总体安排和细节设计要求；

(3) 载荷和环境要求飞—续—飞载荷谱，强调温度、湿度和介质环境，考虑离散源损伤；

——载荷谱的谱型分为“等幅谱”、程序块谱、飞—续—飞谱3种简化的排列形式。

——飞—续—飞载荷谱是以一次飞行接一次飞行地排列飞机所经历的载荷—时间历程。每次飞行代表飞机一种特定的典型使用任务，该谱一般以一定的时间作为循环周期，在一个循环周期内，各次飞行之间的载荷历程有差别，但它们的总和代表飞机所有典型使用任务。飞机将周而复始地依次重复该周期内的各次飞行，直至飞机的总寿命结束为止。

(4) 材料大量增加了对材料性能的严格要求, 增加裂纹扩展及断裂、腐蚀的十余个材料常数，提出新的选材准则；

(5)强度贯彻损伤容限准则和新的分析方法；

(6)工艺对损伤容限重要结构件实施工艺控制；

(7)试验增加全尺寸损伤容限试验（裂纹扩展和剩余强度试验）；

(8)质量控制无损检验，重要结构件跟踪控制；

(9)使用和维修制定并实施结构维修大纲，机队监测监控；

(10) 组织管理要实现损伤容限需要设计方（设计、分析、制造、用户保证）、使用方（检查、维护、修理、报告）和适航管理部门（管理条例、机队监控）三方明确分工，紧密合作，才可能实现。

安全性

在整个预期使用寿命期内, 每架飞机的飞行结构的安全性将达到和保持规定的剩余强度水平(存在未发现的损伤)的保证。

在任何结构材料可能出现失效的情况中, 裂纹状缺陷的存在只会加大失效的危险性。因此, 从飞行安全的立场出发, 假定结构可能而且总是经常含有初始损伤是谨慎的。

2、基本思想

损伤容限

结构在规定的未修使用周期内, 抵抗由缺陷、裂纹或其它损伤而导致破坏的能力。

——在规定的寿命增量内，结构能成功地遏制损伤而无损于飞行安全的能力。

——在遭受疲劳、腐蚀、意外或离散源引起的定量损伤后，在一定使用期内，结构保持其剩余强度的能力。

损伤容限设计思想的基本点

承认结构中存在着未被发现的初始缺陷、裂纹或其它损伤, 使用过程中, 在重复载荷作用下将不断扩展。通过分析和试验验证, 对可检结构给出检修周期, 对不可检结构提出严格的剩余强度要求和裂纹增长限制, 以保证结构在给定使用寿命期内, 不至因未被发现的初始缺陷的扩展失控造成飞机的灾难性事故。

3、基本内容

损伤容限分析技术

设计飞机从设计、制造、使用(包括检查、维护、修理)直到退役的全过程。主要包括裂纹扩展分析和含裂纹结构剩余强度分析。

损伤容限3个重要组成部分

损伤容限设计——整个工作的主体和基础

损伤容限评定——检查设计质量、进行设计改进的基本手段

评定包括：

● 分析，大部分重要结构件（PSE）

● 试验，最重要的PSE

● 使用经验或其综合

结构检查维修大纲——保证结构安全的重要措施

另：损伤容限设计及评定专家系统——辅助完成损伤容限分析和评定的任务

损伤容限设计要素

➢临界裂纹尺寸或剩余强度

它表明在剩余强度要求的载荷作用下, 该结构允许存在的最大损伤。或在某一规定的损伤情况下, 结构剩余强度能力应大于该结构的剩余强度要求值。

➢裂纹扩展

在该结构部位的载荷谱和环境谱作用下, 裂纹长度从可检裂纹尺寸(初始裂纹尺寸)至临界裂纹尺寸之间的裂纹扩展期。

➢损伤检查

各种检查方法及检查间隔的选择。

——三个组成损伤容限特性的要素同等重要，三个要素可以单独或组合作用，使结构的安全性达到一个规定的水平。

结构的损伤容限性能

裂纹扩展速率、剩余强度及结构细节的可达性、可检性和对各种裂纹检测方法的适应性等综合因素的结合。

4、目标意义

损伤容限设计目标

确保飞机在使用寿命期间(未修使用期内)可能的最大初始损伤不会增长到危及飞行安全的尺寸。

——对每个重要结构元件制定出一个检查大纲，使得在检测之前，由疲劳损伤、意外损伤或腐蚀损伤引起的裂纹扩展不会扩展到使结构破坏。

损伤容限设计目的

损伤容限设计要求，旨在为飞行安全结构和其它选定结构规定最低限度的损伤容限能力。

实践和分析表明，把结构设计成具有足够的抵抗损伤的能力、易于实施检查的损伤容限结构，是提高机队安全水平的有效途径。损伤容限设计是整个损伤容限系统工程的主体部分。其目的是通过：

●合理的材料选择

●恰当的结构布局

●缜密的细节设计

●有效的检查和维修

以保证飞机结构在使用寿命期内不会因疲劳、腐蚀、意外及离散源损伤导致飞机结构发生灾难性破坏。

疲劳损伤（包括腐蚀疲劳）

重复载荷在正常空气或环境介质联合作用下产生的疲劳成核、短裂纹及长裂纹扩展导致剩余强度降低和最终结构破坏。

环境损伤（腐蚀损伤）

环境可造成三个方面的问题，一般腐蚀（简称腐蚀），应力腐蚀和腐蚀疲劳，腐蚀疲劳已纳入疲劳范畴。

腐蚀是材料与腐蚀介质化学或电化学作用造成的，与力学系统无直接联系。其破坏过程是：腐蚀初期形成腐蚀坑，逐步扩展并聚合导致结构有效截面减小，最后因静强度或功能上不能满足要求而失效。