飛機(jī)結(jié)構(gòu)多位置損傷分析的權(quán)函數(shù)法與剩余強(qiáng)度預(yù)測(cè).pdf

1、多位置損傷因嚴(yán)重威脅飛機(jī)結(jié)構(gòu)的飛行安全而在國內(nèi)外現(xiàn)代大型運(yùn)輸類飛機(jī)結(jié)構(gòu)損傷容限設(shè)計(jì)和適航審定中受到高度關(guān)注。多位置損傷問題的分析非常復(fù)雜，常規(guī)理論解法往往受限，目前主要依賴有限元等數(shù)值方法。
　　 本文基于權(quán)函數(shù)理論，首次提出并發(fā)展了針對(duì)多位置損傷分析的權(quán)函數(shù)解法，求解了多位置損傷的各類斷裂力學(xué)參數(shù)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了廣泛驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合裂紋張開位移準(zhǔn)則，采用本文發(fā)展的權(quán)函數(shù)法，對(duì)含有四類多位置損傷的飛機(jī)用鋁合金有限寬薄板的裂

2、紋擴(kuò)展過程和剩余強(qiáng)度進(jìn)行了模擬、預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。從而，為飛機(jī)結(jié)構(gòu)多位置損傷問題的求解探索出一條高效可靠的新路。
　　 本文完成的主要研究工作和取得的重要進(jìn)展如下:
　　 1、用權(quán)函數(shù)法分析了特殊共線多裂紋問題，包括:無限寬板周期性共線裂紋、兩條等長(zhǎng)共線裂紋和有限寬板三條裂紋塑性區(qū)連通問題。把這些裂紋構(gòu)型處理成單裂紋，采用單裂紋的權(quán)函數(shù)法，解得這三類裂紋受任意載荷下的應(yīng)力強(qiáng)度因子、裂紋張開位移及Dugdale條帶屈服模型的

3、塑性區(qū)尺寸和裂尖張開位移。廣泛的對(duì)比分析結(jié)果表明:權(quán)函數(shù)法計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有精確解和有限元解非常吻合。
　　 2、針對(duì)不能處理成單裂紋問題的多位置損傷構(gòu)型，提出了一般共線多裂紋的權(quán)函數(shù)解法，發(fā)現(xiàn)了一般共線裂紋與已有單裂紋的權(quán)函數(shù)表達(dá)式之間的重要差別。在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出無限寬板三條共線裂紋的權(quán)函數(shù)，進(jìn)而通過簡(jiǎn)單積分，求得三條任意長(zhǎng)共線裂紋受任意載荷下的應(yīng)力強(qiáng)度因子、裂紋位移以及條帶屈服模型塑性區(qū)尺寸和裂尖張開位移。
　　 3、針

4、對(duì)無限寬板、半無限寬板和有限寬板共線多裂紋的Dugdale條帶屈服模型，提出了基于單裂紋權(quán)函數(shù)的“統(tǒng)一”分析方法。采用該方法分析計(jì)算了無限寬板、半無限寬板和有限寬板含兩條和三條共線裂紋的斷裂力學(xué)參量以及韌帶彈性區(qū)的應(yīng)力分布，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有精確解和有限元解非常吻合。該方法簡(jiǎn)單、高效、可靠、適用范圍廣。
　　 4、開展了2024-T3鋁合金薄板在C(T)和M(T)兩種試樣下的基本力學(xué)性能和裂紋擴(kuò)展臨界裂尖張開角試驗(yàn)研究;對(duì)含有二、三

5、、五、七條裂紋的四類多裂紋有限寬薄板試樣進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)裂紋擴(kuò)展全過程跟蹤和剩余強(qiáng)度試驗(yàn)。通過對(duì)多裂紋構(gòu)型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了多位置損傷各種斷裂模式，為權(quán)函數(shù)法用于韌帶斷裂和剩余強(qiáng)度評(píng)定提供了重要的試驗(yàn)依據(jù)。
　　 5、采用本文建立的多位置損傷分析的權(quán)函數(shù)法和裂紋張開位移準(zhǔn)則，對(duì)含有四類多裂紋2024-T3鋁合金有限寬薄板在靜拉伸載荷下的多裂紋擴(kuò)展和剩余強(qiáng)度進(jìn)行了預(yù)測(cè)。理論預(yù)測(cè)的穩(wěn)態(tài)裂紋擴(kuò)展行為、韌帶斷裂載荷和剩余強(qiáng)度與實(shí)測(cè)值