一种确定飞机结构首翻期和检修周期的方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供一种确定飞机结构首翻期和检修周期的方法，属于金属结构疲劳断裂 可靠性技术领域。
【背景技术】
[0002] 在工程实际中，飞机结构常会受到交变载荷的作用而产生损伤，出现疲劳裂纹；当 损伤累积超过材料的容许限度时发生断裂失效，从而，对结构的安全性造成威胁。据美国统 计，因交变载荷引起的疲劳断裂事故占机械结构失效破坏总数的95%，可见，为了保证飞机 结构安全工作，确定其使用寿命并合理地制定检修制度十分重要。疲劳过程包括裂纹形成 与扩展两个阶段，然而，传统的"安全寿命设计"要求结构在一定使用期间内不产生疲劳裂 纹，忽视了裂纹扩展阶段，难W经济而有效地确定其首翻期和检修周期。为此，发明了一种 确定飞机结构首翻期和检修周期的方法，采用安全寿命与损伤容限相结合的途径，评定结 构使用寿命，本发明具有重要学术意义和工程应用价值。
【发明内容】
[0003] 1、目的；本发明目的是提供了一种确定飞机结构首翻期和检修周期的方法，该方 法具有简单实用、经济合理等特点，对于飞机结构首翻期和检修周期的确定有重要价值。
[0004] 2、技术方案：一种确定飞机结构首翻期和检修周期的方法，该方法具体步骤如 下：
[0005] 步骤一、裂纹形成Pi-Npi曲线和裂纹扩展巧'-/V；.曲线
[0006] 考虑一有m个关键部件组成的结构。如果其中某一部件破坏将导致整体结构失 效，则此种结构可视作由m个部件组成的串联系统。任一部件裂纹形成寿命Npi的可靠度Pi 为Npi的单调函数，即
[0007] Pi=fi(Npi) (1)
[000引式中Pi与Np义间的关系可借助分散系数获得
[0009]
(2)
[0010] 也可利用广义疲劳P-S-N曲面方程，根据线性累积损伤理论求得。任一部件裂纹 扩展寿命的可靠度A为的单调函数，即
[0011]
(3)
[001引式中P,'与aC,之间的关系可借助分散系数获得
[0013]
(4)
[0014] 也可利用广义断裂P-S-妒曲面方程，根据线性累积损伤理论求得。在式（1)和（3) 的基础上，绘制了裂纹形成Pi-Npi曲线和裂纹扩展A-W；,曲线（如图1和图2所示）。
[0015] 步骤二、建立结构安全耐久性模型
[0016] 任一部件裂纹形成寿命的破坏率为（1-Pi)，表示出现工程裂纹的概率；裂纹扩展 寿命的破坏率为(1-A)，表示由工程裂纹扩展到临界裂纹或完全断裂的概率。当此二事件 都发生时，该部件才会破坏，其破坏率为
[0025] 当控制破坏率F在万分之一W下时，整体结构万无一失，如取F= 1(T5,则可靠度R =0. 99999。将式（1)和式（3)代入式巧）中，化简后得
[0026]
(10)
[0027] 步骤S、结构Wp-iV;曲线
[002引当给定可靠度R时，根据式巧）W及关系式（1)、（3)，可建立整体结构安全裂纹形 成寿命Np和安全裂纹扩展寿命的关系。如图1所示，首先给定一Np值，由式（1)，可求得 一组Pi，P2,…，Pm值，将它们代入式巧)，式做即变成含未知量A*，政…，公1的方程。由 图2可见，W；：,是巧*的单调函数，因此，必然可寻求到一 值，使其对应的，P;，…，巧1 各值满足方程巧）。Np和Wp的关系曲线示于图3,图中曲线上任一点都具有相同的可靠度R。
[0029] 式（8)为结构安全耐久性模型，它将安全寿命设计与损伤容限设计有机地结合，W安全裂纹形成寿命Np作为结构使用寿命，期望结构在使用寿命期间内不会形成裂纹；W 安全裂纹扩展寿命作为检修周期，其目的是；即使在检修周期内结构萌生裂纹或含有漏 检裂纹，也能持续安全工作，裂纹不致扩展到完全断裂。
[0030] 步骤四、确定结构首翻期和检修周期
[0031] 在图3中曲线上任取一点，如点a,Wp<W；；，表示服役时间未达到检修周期，无需 检修。最经济的首次翻修期Ni应满足的条件为
[0032] NP二N*p (11)
[0033] 为此，自原点0作一条45°射线与曲线交于点A，点A的横坐标Ni即为首次翻修 周期；如检修后未发现裂纹，再自点Ni作45°射线与曲线交于点B，由此所得N,即为第二次 检修周期；依此类推。可见使用寿命相当于不断缩小的检修周期的累加。
[0034] 为条件指定检修周期，不仅能及时发现经安全裂纹形成寿命Np后出现 的裂纹，而且可防止在Np期间内萌生的裂纹或漏检裂纹的小概率事件发生。应该指出，如 果检修时发现裂纹，则应W修复后部件疲劳性能重新建立Wp-W；曲线，直至预测的检修周 期过短，其经济效益不足W补偿维修费用时为止。
[0035] 3、优点及功效；本发明提供了一种确定飞机结构首翻期和检修周期的方法，其特 点是既保障安全，又考虑了经济效益。结合疲劳断裂和统计学理论，得到结构的裂纹形成 Pi-Npi曲线和裂纹扩展A'-iV；.曲线，建立结构安全耐久性模型并绘制Wp-iV；曲线，最后，W 为条件确定结构的首翻期和检修周期。
【附图说明】
[0036] 图1为裂纹形成Pi-Npi曲线。
[0037] 图2为裂纹扩展曲线。
[00測图3为结构曲线。
[0039] 图4为本发明所述方法的流程图。
[0040] 图中符号说明如下：
[0041] 图1中的Npi和Pi为任一部件的裂纹形成寿命和可靠度，Np为指定裂纹形成寿命， Pi，口2,…，Pm为m个关键部件对应Np的可靠度。
[0042] 图2中的7V；和A为任一部件的裂纹扩展寿命和可靠度，W；为指定裂纹扩展寿 命，托P;为m个关键部件对应的可靠度。
[0043] 图3中的Np为结构安全裂纹形成寿命，为结构安全裂纹扩展寿命，Ni为首次翻 修周期，馬为第二次检修周期。
【具体实施方式】
[0044] 图4为本发明所述方法的流程框图，本发明分四步实现，具体为：
[0045] 步骤一、裂纹形成Pi-Npi曲线和裂纹扩展曲线
[0046] 考虑一有m个关键部件组成的结构。如果其中某一部件破坏将导致整体结构失 效，则此种结构可视作由m个部件组成的串联系统。任一部件裂纹形成寿命Npi的可靠度pi为Npi的单调函数，即
[0047] Pi=fi(Npi) (1)
[0048] 式中Pi与Np义间的关系可借助分散系数获得
[0049]
(2)
[0化0] 也可利用广义疲劳P-S-N曲面方程，根据线性累积损伤理论求得。任一部件裂纹 扩展寿命AC.的可靠度片；为的单调函数，即
[0051]P:二拓(K) (3)
[005引式中i?；与W；.之间的关系可借助分散系数获得
[0化3]
(4)
[0化4] 也可利用广义断裂P-S-妒曲面方程，根据线性累积损伤理论求得。在式（1)和（3) 的基础上，