[發明專利]一種基于局部應力修正系數的多處損傷裂紋擴展分析方法

在審

• 申請號: 201711337165.8
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108362558A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 張幸;劉元海;何衛平;張辰玉;張吉琴
• 申請（專利權）人: 中國特種飛行器研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明屬于腐蝕損傷評估技術領域，涉及一種基于局部應力修正系數的多處損傷裂紋擴展分析方法。本發明通過應用本方法實現了雙桁件和三桁件在室溫空氣環境下和3.5％NaCl鹽溶液環境下的多裂紋擴展的預測，預測結果與試驗結果吻合較好。該方法的主要優點在于：概念清晰；計算公式簡單；誤差小，精確度高。

技術領域

本發明屬于腐蝕損傷評估技術領域，涉及一種基于局部應力修正系數的多 處損傷裂紋擴展分析方法。

背景技術

飛機尤其是老齡飛機在嚴酷環境下使用時，機翼壁板、機身蒙皮等結構會 經常遇到多處損傷問題。多處損傷問題帶來的是災難性后果。1988年4月28 日，Aloha航空公司一架B737-200 N73711在夏威夷海區飛行，機身43段地板 梁上部蒙皮被艙內壓力撕破而失事，查其原因是在外蒙皮沿縱向搭接處粘接部 分因濕氣滲入，蒙皮接合面處腐蝕、脫層，使連接鉚釘受力加大，導致釘孔孔 邊多處裂紋，艙內壓力使上部蒙皮扯破、撕裂。多處損傷結構失效和擴展的機 理與單獨存在的腐蝕或疲勞損傷不完全一樣，它的每一單一損傷不僅影響其本 身局部的應力重分布，而且會影響附近位置的其它腐蝕/裂紋損傷的局部應力分布，這些多處損傷會相互影響其局部應力，并導致由應力/應力強度因子控制的 裂紋的萌生與擴展，形成主裂紋與次裂紋的同時增長及交互耦合作用，從而最 終影響到結構的剩余強度、檢查周期和壽命,形成廣布腐蝕/疲勞損傷的特殊工程 技術問題(即WCD-WidespreadCorrosion Damage及WFD-Widespread Fatigue Damage)。常規環境下的多處損傷以及腐蝕環境下的單一損傷問題已經受到足 夠重視，并有相應的分析方法，而腐蝕環境下的共線/準共線多處損傷問題尤為 復雜，腐蝕與裂紋相互影響，研究較少，目前沒有成熟的工程評估方法。

目前有關裂紋尖端應力強度因子表示式中的遠端應力(名義應力)均采用 了裂紋面的毛面積應力，但對多裂紋應力強度因子研究，其尖端應力與上述裂 紋面的毛面積應力相差甚遠，雖然有多種方法考慮周圍多孔、多裂紋、有限寬 度等的影響，但公式復雜，精確度不高，特別是在工程實際應用中頗為復雜、 麻煩，不便應用。

發明內容

本發明的目的：克服現有多處損傷裂紋擴展評估中應力表示方法的不足之 處，具體涉及提供一種簡單、精確度高以及適合工程應用的基于局部應力修正 系數法的腐蝕環境下的多處損傷裂紋擴展分析方法。

本發明的技術方案：一種基于局部應力修正系數的多處損傷裂紋擴展分析 方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：提出了以裂紋擴展截面的凈應力估算局部應力，按裂紋擴展截面 的凈應力計算應力強度因子，如下式：

式中：K—應力強度因子；σn—裂紋擴展截面的凈應力；a—孔邊裂紋的 長度(從孔邊起算)；aall—裂紋總長度；B—鉚接壁板厚度；W—鉚接壁板寬度； Ah—桁條面積；β—局部應力修正系數。

第二步：確定局部應力修正系數β，對于雙桁件：三桁件：

第三步：將修正系數β代入式(1)計算K值；

第四步：將計算得到的K代入工程上常采用Walker公式(式3)，可得到 裂紋擴展速率da/dN；

式中：C和n—根據試驗數據擬合出的材料常數；R—應力比；M1和M2— 應力比影響指數。

第五步：最后根據式(4)，可計算得到當前循環次數N_i+1下對應的裂紋長 度a_i+1。

重復(1)～(4)，不斷迭代，可得到a與N關系。