民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证

摘要

与传统的铆接结构相比,整体加筋壁板及其新的制造工艺方法使它在抗疲劳、耐腐蚀、裂纹检查、制造成本及减轻重量等方面都有很大优势,这就使其成为民用飞机未来发展的一个趋势.但是,由于止裂孔的减少,整体结构一旦出现裂纹,其裂纹扩展寿命相对组装结构较短.因此,对于整体加筋壁板中的裂纹,在两跨裂纹情况下,如何提高其剩余强度能力,成为整体壁板设计中一个重要问题.而裂纹转折,作为一种潜在的、重要的止裂技术,如果能在整体加筋壁板中应用,能够在两跨裂纹扩展到桁条或框前时,改变裂纹扩展轨迹,从而提高结构的破损安全性能.文章针对机身整体壁板中央框断裂的纵向裂纹情况,采用有限元法计算给出了不同纵向裂纹长度及不同设计参数对应的应力强度因子KI 和T-应力,对结构进行损伤容限分析,并采用二阶裂纹转折理论对结构进行裂纹转折分析.计算分析表明,除裂纹位于两桁条中间外,裂纹在桁条下也是一种危险情况;且在诸多设计参数中,对于整体壁板纵向裂纹,增加框垫厚度是提高结构剩余强度和实现裂纹转折最有效的方法.根据计算,发现机身整体壁板原设计不满足两跨剩余强度要求,并给出了新设计的建议,设计方进行了相应的修改.对修改后的机身整体壁板进行了损伤容限试验验证.将试验结果与分析结果进行了对比,发现了良好的一致性,对导致分析与试验结果之间差异的可能因素也进行了讨论分析.给出的分析和试验方法及结果为民机机身整体壁板结构的设计和试验研究提供了重要参考.