段佳桐,隋福成,刘汉海,解放,欧阳天,鲍蕊,*

1.北京航空航天大学 航空科学与工程学院,北京 100083

2.沈阳飞机设计研究所,沈阳 110035

在飞机承载结构设计中,薄壁结构通常用于承受面内载荷,例如单向拉伸、双向拉伸和拉剪联合作用,而不适用于承受弯曲载荷,尤其是面外方向上的集中力。这是因为薄壁结构在面外方向上的刚度远小于面内方向,在承受弯曲载荷时,会产生很大的变形和弯曲应力,从而发生断裂。但是,在一些特定情况下,薄壁结构仍然不可避免地要承受弯曲载荷。例如,飞机座舱盖侧型材与锁环的连接部位,主要载荷是锁钩作用在其上的面外集中载荷[1]。由于服役中循环载荷的作用,在服役一段时间后侧型材产生裂纹。随着裂纹扩展至贯通,锁环与结构完全脱离,给飞行带来安全隐患。因此,这种问题是值得关注的。

现有的针对薄壁结构的疲劳和裂纹扩展分析方法,往往只适用于面内载荷作用的情况。在最为简单的循环拉伸载荷作用下,薄板的疲劳裂纹前沿是一条垂直于板面的直线,因此裂纹扩展可以简化为二维问题,易于分析和计算。但是,薄板受到弯曲载荷时,裂纹扩展会展现出与拉伸载荷不同的特征,裂纹前沿为曲线,相同裂纹长度和名义应力下的裂纹扩展速率与拉伸载荷下不同,给问题的分析带来了困难。

早期的研究人员将受弯曲载荷板的裂纹简化为直线前沿,即与循环拉伸载荷下的裂纹形状相同,主要进行理论和数值计算方面的研究[2-7]。……