冯振宇,柴崇博,邹君,牟浩蕾

1.中国民航大学 适航学院,天津 300300

2.民航航空器适航审定技术重点实验室,天津 300300

随着飞机使用年限的增加,由于疲劳、腐蚀、磨损等因素,在老龄飞机中易产生广布疲劳损伤(WFD),包括多部位损伤(MSD)和多元件损伤(MED)[1]。MSD是指在具有多处相似细节和相同应力水平的同一结构件中,几乎在同一时间产生的多条微小疲劳裂纹[2]。MSD裂纹之间存在较强的干涉作用,使裂纹扩展速率加快,结构剩余强度急剧降低,可能导致灾难性后果[3-4]。机身连接部位是损伤容限设计的关键部位,也是广布疲劳损伤敏感区域,分析含MSD裂纹连接部位的断裂力学特性非常重要。

MSD裂纹的应力强度因子(SIF)分析是MSD裂纹扩展、结构剩余强度以及疲劳寿命分析预测的前提。MSD裂纹的SIF分析方法包括复变函数法[5]、权函数法[6]、边界元法[7]和有限元法[8]等。对于含任意分布MSD裂纹的连接结构,主要采用有限元方法进行分析。Silva等[9]将铆钉简化为弹簧元,建立了含MSD铆接搭接结构二维模型进行裂纹扩展分析。Diamantakos等[10]将面板和铆钉简化为壳单元,孔边裂纹采用超单元降低计算工作量,对含多裂纹的对接结构进行分析。陈跃良等[11-12]将铆钉简化为杆元和弹簧元,研究了含MSD裂纹搭接结构不同损伤模式下的SIF随裂纹长度的变化规律。

二维有限元模型计算需求较小,但难以考虑铆接连接结构中的次弯曲、铆钉弯曲和翘曲、摩擦等因素。随着有限元仿真技术发展,陈跃良等[13]采用搭接结构三维模型与搭接区域二维模型相结合的方法,研究了直孔和沉孔孔边不同裂纹长度下SIF在厚度方向的变化规律。……