一种基于细节疲劳额定值的高机动飞机寿命分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于飞机疲劳学领域，涉及一种基于细节疲劳额定值的高机动飞机寿命分 析方法。
【背景技术】
[0002] -般高机动飞机在进行疲劳寿命分析时，多采用名义应力法和局部应变法，而应 用这两种方法都要面对材料应力-寿命或应变-寿命曲线、应力谱、等寿命曲线等大量的数 据准备工作，大大增加了飞机疲劳设计阶段的工作量。大型运输机及客机等在进行寿命分 析时，多采用细节疲劳额定值OFR)法，这种方法是一种类似静强度分析的方法，可与结构 静强度分析同步完成，具有简单、快捷等优点，但这种分析方法由于可靠性指标以及载荷谱 的不同，无法直接应用于高机动飞机的寿命分析工作。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是：提出一种基于结构细节疲劳额定值的高机动飞机寿命分析方 法，能够简单、快捷、准确地进行疲劳分析，缩短型号研制周期。
[0004] 本发明的技术方案是：一种基于细节疲劳额定值的高机动飞机寿命分析方法，其 特征在于，包括如下步骤：
[0005] 第一，编制高机动飞机DFR分析的载荷谱
[0006] 针对机型的疲劳载荷谱，通过雨流计数法抽取完整的载荷（应力）循环。按当量 载荷循环的峰值进行排序，初步选取峰值载荷，使疲劳载荷谱中在选取的峰值载荷上下的 载荷循环对应的损伤相当。
[0007] 按照当量等幅载荷谱与疲劳载荷谱下达到疲劳寿命时有相同临界损伤的原则，导 出疲劳载荷谱单位飞行小时对应的当量等幅载荷循环数，用过载表示的公式为：
【主权项】
1. 一种基于细节疲劳额定值的高机动飞机寿命分析方法，其特征在于，包括如下步 骤： 第一，编制高机动飞机DFR分析的载荷谱 针对机型的疲劳载荷谱，通过雨流计数法抽取完整的载荷（应力）循环。按当量载荷 循环的峰值进行排序，初步选取峰值载荷，使疲劳载荷谱中在选取的峰值载荷上下的载荷 循环对应的损伤相当。 按照当量等幅载荷谱与疲劳载荷谱下达到疲劳寿命时有相同临界损伤的原则，导出疲 劳载荷谱单位飞行小时对应的当量等幅载荷循环数，用过载表示的公式为：
-(1) 当疲劳载荷谱为应力谱时，公式中的过载用应力取代。 根据等损伤原则将选取的峰值载荷（对应脉动循环）按应力比R=〇. 1进行等损伤折 算，最终确定当量等幅载荷循环的峰值。 第二，DFR基准值分析 选取飞机结构典型结构部位制成试验件，按上述载荷谱进行疲劳试验，并记录其均值 寿命N5(i。 高机动飞机结构的可靠性指标为99. 9%的可靠度和90%的置信度，求出与其对应的 试验可靠性寿命：
(2) 式中：sK-可靠系数sc-置信系数 sT-试件系数 DFR基准值按下式计算：
(3) 式中等寿命曲线参数，对于铝合金、钛合金、中强钢（〇b彡1600MPa)和高强钢 (〇b>1600MPa)，〇 _"?分别取为 310、620、930 和 1240MPa。 〇max，R-试验的最大应力与应力比。m-S-N曲线的斜率，一般取4. 0。 第三，计算DFR。值 DFR。是实际结构的基本DFR值，通过各种修正系数以及应力集中的修正与典型结构的DFR基准值（DFRbase)建立联系，其关系式如下：
(4) 式中A、B……即为修正系数；(Kt)baJ%典型结构细节处的应力集中系数，Kt为实际结 构细节处的应力集中系数。 第四，计算构件疲劳额定值系数R。 R。定义为实际结构（当量严重细节数为n)的细节疲劳额定值DFRn与基本结构（单细 节）的细节疲劳额定值DF&的比值，其公式如下：
(5) 式中：〇 〇为对数寿命标准差，取为〇. 14 ; <i>h()为标准正态分布函数的逆函数。 第五，确定结构DFR许用值[DFR] [DFR]按下式计算： [DFR] =DFR〇 ?Rc (6) 第六，许用应力[〇_]计算 [〇 _]按下式计算：
(7) 式中軋-目标寿命。 第七，疲劳强度裕度计算与评估 根据上述计算结果可以得出疲劳强度裕度为：
(8) 疲劳裕度为负，意指必须减小使用应力，同时（或者）通过改进细节设计，增加其细节 疲劳额定值。要使在给定使用应力下满足设计目标寿命，改进设计的指标是使要求的DFR 所对应的疲劳裕度等于或大于零。 第八，结构可靠性寿命计算 可靠性寿命的计算公式如下：
(9) 式中，FRF-可靠性系数，Y是任意应力比下的载荷循环通过等寿命线折算到指定应力 比0. 1下的最大应力的转换公式，其表达式如下：
(10) 第九，建立应力水平控制曲线，给出目标寿命对应的应力许用值 应力水平控制曲线即特征应力（lg应力或单位载荷应力）-可靠性寿命曲线。由多个 特征应力-可靠性寿命数据点，即可建立应力水平控制曲线。 由应力水平控制曲线即可给出目标寿命对应的应力许用值。
【专利摘要】本发明属于飞机疲劳学领域，涉及一种基于细节疲劳额定值的高机动飞机寿命分析方法，其特征在于，包括如下步骤：第一，编制高机动飞机DFR分析的载荷谱，第二，DFR基准值分析，第三，计算DFR0值，第四，计算构件疲劳额定值系数RC，第五，确定结构DFR许用值[DFR]，第六，许用应力[σmax]计算，第七，疲劳强度裕度计算与评估，第八，结构可靠性寿命计算，第九，建立应力水平控制曲线，给出目标寿命对应的应力许用值。本发明的优点是：应用DFR法进行疲劳设计和寿命评估的过程比较简单，计算工作量也相对较少，能大幅度地提高整体部门的工作效率，对缩短新机研制周期、节约研制成本具有重要意义，经济效益显著。
【IPC分类】G06F19-00, G01N3-00
【公开号】CN104809321
【申请号】CN201310744491
【发明人】隋福成, 周丽君, 陈亮
【申请人】中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2013年12月31日