董雷霆,周轩,赵福斌,贺双新,卢志远,冯建民

1. 北京航空航天大学 航空科学与工程学院,北京 100083 2. 先进无人飞行器北京高校高精尖学科中心,北京 100083 3. 航空工业飞机强度研究所 全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点试验室,西安 710065

1 概 述

1.1 飞机数字孪生概念的产生和发展现状

从飞机诞生之日起,飞机结构安全性设计的思想在随着实际工程实践的发展而不断演变。早期飞机结构设计的理念为静强度设计,也就是考虑飞机结构所承受的各种载荷工况,在强度分析中认为飞机的结构强度是恒定不变的[1]。但静强度设计没有考虑循环载荷对结构造成的疲劳损伤。1950年以后,出现了多起因结构疲劳引发的安全事故,也相应地诞生了多种抗疲劳设计的方法。安全寿命设计是最早广泛使用的疲劳强度设计方法。安全寿命设计考虑了疲劳载荷作用,通过对疲劳关键部位进行合理的选材和细节设计,保障飞机在运行寿命内强度不会下降至结构失效[1]。然而,寿命设计假设结构的初始状态完好,而实际工程结构中缺陷和损伤是不可避免的。因此1974年以后,飞机结构的设计思想逐步转变为损伤容限设计[2]。损伤容限考虑结构中存在初始缺陷,在损伤被检出前,结构应保证有足够的剩余强度；在损伤扩展至临界尺寸前,应能被及时检测并修复。损伤容限分析对于机群中的所有飞机使用统一的设计载荷谱,检修间隔也是相同的,但实际上每架飞机的使用情况是不同的。……