概率損傷容限分析體系及其關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、損傷容限評(píng)定的主要目的是為了保證飛機(jī)在設(shè)計(jì)目標(biāo)壽命內(nèi)，在由于疲勞、腐蝕和意外損傷引起的開裂（損傷）被檢出前結(jié)構(gòu)能滿足剩余強(qiáng)度要求而不發(fā)生重大的破壞和有害的變形，從而在高可靠度水平的要求下保證飛機(jī)結(jié)構(gòu)在檢查間隔內(nèi)的安全。傳統(tǒng)的（即確定性）損傷容限分析得到的結(jié)論是定性的，其關(guān)于“高可靠度”的定義并不十分明確，采用定值方法對(duì)結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展壽命進(jìn)行評(píng)估具有其局限性。應(yīng)用概率損傷容限技術(shù)可以比較準(zhǔn)確地定量分析結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度的可靠性、指定裂紋擴(kuò)展壽命

2、的可靠度和指定可靠度下的安全裂紋擴(kuò)展壽命。概率損傷容限分析已成為固體力學(xué)領(lǐng)域重要組成部分，也是工程技術(shù)發(fā)展的重要方向。關(guān)于概率損傷容限需要考慮的隨機(jī)變量及概率損傷容限分析的主要內(nèi)容和方法，在學(xué)術(shù)界仍然缺乏共識(shí)，對(duì)此未形成具有廣泛認(rèn)同的理論體系，而且分析中的關(guān)鍵技術(shù)也不盡完善、計(jì)算效率偏低。因此對(duì)概率損傷容限分析體系和關(guān)鍵技術(shù)的研究不僅具有學(xué)術(shù)價(jià)值，也具有工程實(shí)用價(jià)值。
　　本文工作主要分為以下兩部分：
　　第一部分研究概率損

3、傷容限分析的理論體系和分析的關(guān)鍵技術(shù)。
　　提出了概率損傷容限分析的流程和常用的分析方法。研究了概率損傷容限分析中需要考慮的隨機(jī)因素并對(duì)所提出的隨機(jī)變量給出統(tǒng)計(jì)分析方法。將隨機(jī)變量的確定及統(tǒng)計(jì)分析、剩余強(qiáng)度分析、隨機(jī)裂紋擴(kuò)展分析和可靠性分析作為概率損傷容限分析的主要內(nèi)容，進(jìn)而建立起概率損傷容限的分析體系。
　　提出了p-a-σ曲線表示給定可靠度下不同裂紋尺寸所對(duì)應(yīng)的剩余強(qiáng)度許用值。研究結(jié)構(gòu)失效臨界條件的概率特性，獲得了臨界裂

4、紋尺寸的概率分布函數(shù)的表達(dá)式。根據(jù)基于隨機(jī)過程的裂紋擴(kuò)展隨機(jī)模型和基于隨機(jī)變量的裂紋擴(kuò)展隨機(jī)模型，給出了求給定臨界裂紋尺寸下裂紋擴(kuò)展壽命和給定擴(kuò)展時(shí)間下裂紋尺寸分布的分析方法。針對(duì)概率損傷容限的核心內(nèi)容—可靠性分析，給出了三類可靠性分析方法:隨機(jī)抽樣法、概率空間轉(zhuǎn)化法和響應(yīng)面法。其中隨機(jī)抽樣法、概率空間轉(zhuǎn)化法是概率損傷容限分析中的傳統(tǒng)方法，響應(yīng)面法則是首次應(yīng)用于損傷容限分析中。提出了一種改進(jìn)的抽樣方法，并應(yīng)用于概率損傷容限分析中，該方法

5、可以在保持精度的前提下，成級(jí)數(shù)的減少抽樣次數(shù)，顯著提高計(jì)算效率。根據(jù)含裂紋結(jié)構(gòu)失效的線彈性準(zhǔn)則提出了適用于分析給定壽命下含裂紋結(jié)構(gòu)可靠性的響應(yīng)面函數(shù)和Hermite隨機(jī)多項(xiàng)式響應(yīng)面函數(shù)。本文提出的響應(yīng)面函數(shù)只需對(duì)初始裂紋尺寸和裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)進(jìn)行抽樣，降低了計(jì)算的復(fù)雜程度。
　　本文的第二部分研究概率損傷容限分析的一些新方法和新內(nèi)容。
　　推廣基于區(qū)間分析的可靠性模型提出了一種新的可靠性模型，使得該模型適用于存在分布形式不同

6、的隨機(jī)變量的結(jié)構(gòu)，并將之應(yīng)用于裂紋擴(kuò)展壽命分析，給出了實(shí)用的分析方法。
　　提出了基于Neumann展開的Monte-Carlo隨機(jī)擴(kuò)展有限元方法，用于對(duì)含裂紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行斷裂可靠度分析。
　　研究了多裂紋結(jié)構(gòu)的概率損傷容限分析方法。根據(jù)裂紋間是否存在相互作用研究了三類多裂紋結(jié)構(gòu)：相互獨(dú)立多裂紋結(jié)構(gòu)、多部位損傷結(jié)構(gòu)（含裂紋相互作用）和多局部多部位損傷結(jié)構(gòu)。根據(jù)這三類結(jié)構(gòu)的特征分別建立了其概率損傷容限分析模型，并給出了其實(shí)用的分析